DE2658665A1

DE2658665A1 - Kernblech fuer mantelkerne, vorzugsweise fuer transformatoren

Info

Publication number: DE2658665A1
Application number: DE19762658665
Authority: DE
Inventors: Bernhard Philberth; Karl Dr Philberth
Original assignee: PHILBERTH KARL DR PHYS
Current assignee: SAWATZKY WILFRIED E NORTH BALWYN AU
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1978-06-29
Also published as: AU2979177A; AU506336B2; US4149136A; CA1056925A; CH621430A5; DE2658665C2

Description

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Kernblech für Mantelkerne, vorzugsweise für Transformatoren

Die Erfindung bezieht sich auf· ein Kernblech für Mantelkerne, vorzugsweise für Transformatoren, Übertrager, Drosseln und dergleichen, aus einer Mehrzahl von wechselweise gegeneinander geschichteten Kernblechen, mit einem Mittelschenkel, zwei dazu im Abstand befindlichen parallelen Außenschenkeln und zwei deren Enden verbindenden Jochen, wobei zum Einschichten in die Wicklung zwischen einem Ende des Mittelschenkels und dem benachbarten Joch mindestens eine Trennfuge vorgesehen ist.

Bei den genormten Kernblechen dieser Art ist die Breite c. des fugenlos anschließenden Joches gleich der Breite Cp des trennfugenseitigen Joches und die Summe dieser beiden Breiten C₁ und Cp gleich der Breite f des Mittelschenkels. Aus derartigen Kernblechen aufgebaute Transformatoren haben keine optimale Materialausnutzung und ihre Trennfugen haben unerwünscht hohen magnetschen Widerstand.

In einem aus dem Jahr 1952 stammenden Katalog der Firma Kienle & Spiess GmbH, Großsachsenheim, ist ein Kernblechschnitt gezeigt, bei dem die Trennfuge derart innerhalb des Joches geführt ist, daß der Mittelschenkel sich vier Sechstel der Jochbreite in das Joch hinein fortsetzt. Dadurch ist der magnetische Widerstand der Trennfugen zwar kleiner als bei den genormten Kernen, aber für gesteigerte Ansprüche immer noch zu hoch. In der DE-OS 2454419 ist auf ähnliche Kernblechschnitte hingewiesen, bei denen die Trennfuge derart innerhalb des Joches geführt ist, daß der Mittelschenkel sich zwischen drei Sechstel und fünf Sechstel der Jochbreite in das Joch hinein fortsetzt.

Zwecks Unterdrückung des magnetischen Widerstandes der Trennfugeti sint^rin der DT-AS 1053096, Kernbleche vorgeschlagen worden, bei denen die Jochbreite das 1,5-fache oder sogar das 2-fache der halbevt Breite des Mittelschenkels ist und die Trennfugen in geradliniger Fortsetzung der Mittelschenkelkanten oder von den inneren Fensterecken aus diagonal zur Mitte der Jochaußenkante verlaufen. Derartig große Jochbreiten bedeuten aber überhöhten Materialbedarf und überhöhtes Gewicht. Auch diese Auslegeschrift zeigt eine Trennfuge, die derart innerhalb des Joches geführt ist, daß sich der Mittelschenkel bis tief in das Joch fortsetzt.

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Es sind auch Kernbleche vorgeschlagen worden, deren Jochbreite ungefähr das--1 »35-fache der halben Breite des Mittelschenkels ist und deren Trennfugenverlauf unsymmetrisch zur Mittelachse ist. Diese Auslegung der Jochbreiten ergibt ausgezeichnete Materialausnutzung - sowohl für kornorientiertes als auch für isotropes Material. Außerdem ist der magnetische "Widerstand der Trennfugen bei aus solchen Kernblechen aufgebauten Transformatoren dann äußerst klein, wenn im Kernpaket die Kernbleche in der Reihe nach abwechselnd immer vier verschiedenen Lagen geschichtet sind. Derartige Schichtung erfordert aber aufwendigere Schichtmaschinen als sie zur üblichen Schichtung der Kernbleche in immer nur zwei verschiedenen Lagen'erforderlich sind.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das Kernblech der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß die daraus aufgebauten Transformatoren oder sonstigen Induktionsgeräte geringen Materialaufwand, hohe Qualität und einfache Fertigung miteinander vereinen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Summe aus der Breite des fugenlos anschließenden Joches und der Breite des trennfugenseitigen Joches mindestens 1,25-fach und höchstens 1,45-fach der Mittelschenkelbreite ist, daß auf jeder Seite der Mittelachse die Länge der Trennfuge mindestens 0,75-fach der Mittelschenkelbreite ist und daß die Trennfuge zumindest auf einer Seite der Mittelachse von dieser aus gesehen mindestens einen konkaven und mindestens einen konvexen Teil enthält.

In früheren Zeiten hatte man fälschlich gemeint, ein trennfugenfreier magnetischer Kreis aus isotropem Material sei dann optimal ausgelegt, wenn sein Querschnitt überall gleich groß ist. Durch den Gegenstand der DT-PS 1223473 und damit in Zusammenhang stehende Fachveröffentlichungen ist diese Meinung jedoch widerlegt worden. Tatsächlich hat ein teilweise bewickelter magnetischer Kreis dann die höchste Leistung pro Materialaufwand und außerdem besonders kleine magnetische Ausstreuung und Einstreuung, wenn seine nicht-umwickelten Stege verbreitert sind, wenn also beim Mantelkern. Joche und Außenschenkel breiter sind als der umwickelte Mittelschenkel. Theorie und Praxis zeigen, daß - bei Nichtberücksichtigung der Trennfugen - es sowohl hinsichtlich der Blind- als auch der Wirkverluste besonders günstig ist, den doppelten Jochquerschnitt um

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ungefähr den Paktor 1,25 bis 1,45 gegenüber dem Mittelschenkelquerschnitt zu verstärken. Für isotropes Material liegt das Optimum mehr gegen die untere Grenze zu, für Goss-kornorientiertes Material mit zum Mittelschenkel paralleler Texturrichtung liegt es mehr gegen die obere Grenze zu. Unter Mitberücksichtigung der Befestigungslöcher ist für isotropes Material etwa der Paktor 1,3 und für kornorientiertes Material der Paktor 1,4 ein ausgezeichneter Wert. Der Bereich zwischen diesen beiden Werten und insbesondere der Wert von ungefähr 1,35 sind vorzüglich geeignet für Universalkerne aus den allermeisten, üblichen Materialen. Es ist in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn außerdem die Breite der beiden Außenschenkel zusammen etwa 1,2—fach bis 1,3-fach der Mittelschenkelbreite ist.

Pur die praktische Anwendung muß der Mantelkern in eine fertige Wicklung eingebracht werden können. Dazu müssen die den Mantelkern bildenden Kernbleche Trennfugen haben. Bis jetzt war man überzeugt, daß man bei Mantelkernen mit dem genannten optimalen Jochverstärkungs-Paktor zwischen 1,25 und 1,45 wenigstens einen von zwei Nachteilen in Kauf nehmen muß: Entweder einen beachtlichen magnetischen Widerstand der Trennfugen oder erhöhten Fertigungsaufwand durch Aufbau des Kerns aus in abwechselnd immer vier verschiedenen Lagen zu schichtenden Kernblechen. Die Erfindung erlaubt es überraschenderweise, beide Nachteile zu vermeiden.

Bei Mantelkernen aus in immer nur zwei verschiedenen Lagen geschichteten Kernblechen ist jede Trennfuge nur 1-fach überlappt. Der Idealfall einer 1-fach überlappten Trennfuge liegt bekanntlich dann vor, wenn die gesamte Trennfuge doppelt so lang ist wie die Mittelschenkelbreite. Genauere Untersuchungen zeigen aber, daß beispielsweise für Netztransformatoren aus isotropem Material die Trennfuge nicht derart lang zu sein braucht. Bei den heute üblichen isotropen Transformatorenblechen liegt die Sättigungs-Induktion ungefähr um den Paktor /2 über derjenigen Induktion, bei der die Magnetisierungskurve einen mehr oder minder scharfen Knick macht. Die Erklärung hierfür liegt im Aufbau des Materials aus magnetischer Elementarbezirken, die unterhalb der Knick-Induktion im wesentlichen in der (1,0,0)-Richtung, oberhalb der Knick-Induktion aber auch in der (1,1,0)-Richtung und schließlich sogar in der (1,1,1)-Richtung magnetisiert werden müssen. Bei einem Mantelkern, dessen Mittelschenkel mit der ebengenannten Knick-Induktion betrieben

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erreichen also die 1-fachen Überlappungsstellen dann gerade die Sättigung, wenn die Trennfugenlänge nicht 2-fach, sondern 2/\/2 = ^S-fach der Mittelschenkelbreite ist. Bei Mantelkernen mit gegenüber dem bewickelten Mittelschenkel verbreiterten Jochen und/oder Außenschenkeln kann man aber die Betriebs-Induktion des Mittelschenkels mäßig höher auslegen als die Knick-Induktion. Hieraus erhellt die von der Erfindung geoffenbarte Lehre, daß bei Kernen mit optimalen 3οchverStärkungen die Trennfugenlänge mäßig mehr als ^2 = 1,41-fach, nämlich mindestens 1,5-fach der Mittelschenkelbreite sein soll. Bei nur 1,5-facher Trennfugenlänge und gesteigerter Mittelschenkel-Induktion kann allerdings bereits ein kleiner Teil des magnetischen Flusses durch die Trennfuge selbst getrieben werden. Für nicht zu hohe Ansprüche läßt sich das aber in Kauf nehmen.

Die Kernbleche nach der Erfindung sind in erster Linie, wenn auch nicht ausschließlich, zum Aufbau von Mantelkernen gedacht, die diese Kernbleche in immer nur zwei verschiedenen Lagen enthalten. Damit hierbei der magnetische» Widerstand der Trennfugen auf beiden Seiten klein bleibt, lehrt die Erfindung, daß nicht nur die totale Trennfugenlänge mindestens 1,5-fach, sondern daß insbesondere auf jeder Seite der Mittelachse die Trennfugenlänge mindestens 1,5/2 = 0,75-fach der Mittelschenkelbreite sein soll. Bei den bisher bekannt gewordenen Mantel-Kernblechen mit im Vergleich zur Mittelschenkelbreite 1,25-facher bis 1,45-facher Jochbreite ist die Trennfugenlänge auf wenigstens einer Seite der Mittelachse kleiner als das 0,75-fache der Mittelschenkelbreite.

Bei Mantel-Kernblechen, deren Jochbreiten auf beiden Seiten gleich der halben Mittelschenkelbreite sind, ist es magnetisch vorteilhaft, wenn der Verlauf der Trennfuge nicht zu sehr von der das zugehörige innere Fenstereck mit der Mitte der Jochaußenkante verbindenden Diagonale abweicht. Läuft nämlich bei einem so dimensionierten Kern die Trennfuge vom inneren Penstereck aus beispielsweise ein großes Stück in geradliniger Verlängerung der Mittelschenkel-Längskante oder senkrecht dazu, so wird der magnetische Fluß im ersten Fall im Joch, im letzten Fall im Mittelschenkel teilweise vom Fenstereck weg gedrängt und dabei seine Lichte lokal gesteigert. Das ist besonders bei kornorientiertem Material ungünstig. Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, daß die Situation

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anders ist, wenn die auf beiden Seiten liegenden Joche zusammen wesentlich größere Breite haben als der Mittelschenkel.

Trennfugen, die auf den die inneren Fensterecken mit der Mitte der Jochaußenkante verbindenden Diagonal&nverlaufen, haben verschiedene Nachteile: Zum Beispiel ist bei nicht unmäßig breitem Joch ihre Länge für höchste Ansprüche zu kurz; ferner muß bei kornorientiertem Material der Fluß die Überlappungszone in der ungünstigsten Richtung, nämlich etwa 50° bis 55° zur Texturrichtung geneigt, durchlaufen; ferner sind die scharfen Spitzen an den Jochenden und dem Mittelschenkelende werkzeugtechnisch unerwünscht; und zudem gibt es keine halb- oder vollmaschinelle Vorrichtung zum Einschichten solcher Bleche in die Wicklung.

Nach der der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis kommt es nicht nur auf ausreichende Länge der Trennfugen an, sondern auch darauf, daß der magnetische Fluß die zu überquerende Überlappte Trennfuge mit geringem magnetischem Widerstand erreichen und wieder verlassen kann. Das ist nicht der Fall bei nur in einer einzigen Richtung gekrümmten Trennfugen - falls deren Krümmung so stark ist, daß dadurch die Trennfugenlänge im Vergleich zu geradliniger Trennfugenführung wesentlich vergrößert ist. Aus dem Beispiel der in Figur 1 kurz-gestrichelt eingezeichneten nicht-erfindungsgemäßen Linien läßt sich zeigen, daß dabei jochseitig oder schenkeiseitig lokale Flußdichte-Erhöhungen und damit erhöhte magnetische Widerstände auftreten.

Bei der erfindungsgemäßen Trennfugenführung dagegen wird der magnetische Widerstand sowohl der Trennfugen selbst als auch des in Flußrichtung davor und dahinter liegenden Bereichs extrem klein gehalten; und zwar auch schon bei 1-fächer Überlappung der Trennfugen, das heißt,wenn im Mantelkern die Kernbleche nur in zwei verschiedenen Lagen geschichtet sind. Die erfindungsgemäße Trennfugenführung bringt also entscheidend mehr Vorteil als es nach der durch sie sich ergebenden Verlängerung der Trennfuge zu erwarten ist. Ohne die erfindungsgemäße Verstärkung der Jochbreite* gegenüber der Mittelschenkelbreite würde die erfindungsgemäße Trennfugenführung keinen wesentlichen Vorteil oder sogar Nachteil bringen. Das Zusammenkommen dieser Merkmale gilt also ei» zusätzlichen und überraschenden Kombinationseffekt.

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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Breite c. des fugenlos anschließenden Joches größer ist als die Breite C₂ des trennfugenseitigen Joches. Dadurch besteht im wechselseitig geschichteten Kern weniger als 50$ des Jochmaterial-Querschnitts aus durchtrennten Kernblech-Jochen. Ein Teil des aus dem Mittelschenkel austretenden magnetischen Flusses kann mit verkürzter magnetischer Weglänge seitlich in die fugenlos anschließenden Kernblech-Joche einschwenken, ohne dabei eine Trennfuge zu passieren. Unter diesen Umständen kann es günstig sein, wenn vom inneren Eck des zugehörigen Kernblech-Fensters aus gerechnet, zuerst ein - von der Mittelachse aus gesehen - konvexer und dann erst ein konkaver Teil der Trennfuge kommt.

Selbstverständlich darf beim erfindungsgemäßen Kernblech die Breite c. des fugenlos anschließenden Joches auch gleich groß sein wie die Breite C₂ des trennfugenseitigen Joches. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn auf einen - von der Mittelachse aus gesehen - konkaven Teil der Trennfuge in Entlang der Trennfuge gerechnet größerem Abstand vom zugehörigen Kernblech-Fenstereck ein konvexer Teil der Trennfuge folgt.

Es ist heute üblich und auch bei Kernblechen nach der Erfindung geeignet, die Trennfuge nicht einfach als Trennung, sondern als Luftspalt herzustellen? beispielsweise als Haarluftspalt mit einer Breite zwischen 0,05 mm und 0,3 mm. Dadurch wird vermieden, daß sich das Ende des Mittelschenkels mit dem Joch verhakt, was fertigungstechnisch unerwünscht ist. Wenn die Trennfugen als Luftspalt ausgebildet sind, müssen an ihre Mindestlänge und ihre geeignete Führung besonders hohe Anforderungen gestellt werden, weil der magnetische Widerstand des Spaltes proportional dessen Breite ist.

Die erfindungsgemäße Trennfugenführung kann hinsichtlich der Mittelachse symmetrisch oder unsymmetrisch sein. Mit unsymmetrischer Führung ergibt sich bei abwechselnd in vier verschiedenen Lagen geschichteten Kernblechen eine wenigstens teilweise 3-fach-Überlappung der Trennfugen, was bei kornorientiertem Material und höchsten Anforderungen vorteilhaft sein kann.

Gute magnetische Eigenschaften, auch für kornorientiertes Material, ergeben erfindungsgemäße Trennfugen, deren gesamte Länge mindestens gleich der Länge beider vom inneren Kernblech-Fenstereck zur Mitte der Jochaußenkante geführten Diagonalen ist. Wenn C₂ die

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Breite des trennfugenseitigen Joches und f die Mittelschenkelbreite bedeutet, ist diese Länge gleich \f4Cp+f · Hervorragende magnetische Eigenschaften ergeben erfindungsgemäße Trennfugen, wenn ihre gesamte Länge angenähert gleich oder sogar größer ist als 2f~ 2-(C₁-C₂), wo C₁ die Breite des ungetrennten Joches ist. Dann ist,selbst bei nur einfach überlappten Trennfugen, die Flußdichte in den Überlappungen nicht oder nicht wesentlich höher als im Mittelschenkel. Trennfugen, die wesentlich langer sind, zum Beispiel größer als 1,1 mal oder gar 1,2 mal 2f-2(c.-c₂) , bedeuten normalerweise unnützen Aufwand und können sogar nachteilig sein. Derart große Trennfugenlängen können allerdings dann vorteilhaft sein, wenn in den verschiedenen Lagen des Mantelkerns Kernbleche verschiedener Materialstärke und/oder verschiedener Materialqualitäi vorkommen; beispielsweise auf immer ein Kernblech in 0,75 mm starkem kaltgewalztem Material zwei gegensinnig gelegte Kernbleche in 0,35 mm starkem kornorientiertem Material.

Die erfindungsgemäßen Kernbleche können zwei Trennfugen, deren jede die Jochaußenkante erreicht, oder eine einzige innerhalb des Jochs verlaufende Trennfuge haben. Im ersteren Fall ist es vorteilhaft, wenn jede Trennfuge an einer Stelle der Jochaußenkante endet, die von der gedachten geradlinigen Verlängerung der auf der gleiche«, Seite liegenden Mittelschenkel-Längskante weiter entfernt ist als von der Mittelachse, die Mittelachse selbst aber nicht erreicht. Im letzteren Fall x&s. ist es vorteilhaft, wenn die Trennfuge in der Umgebung ihres Schnittpunktes mit der Mittelachse geradlinig und senkrecht zur Mittelachse verläuft.

Nach der Lehre der Erfindung sollen die Trennfugen nicht auf ihrer ganzen Länge mit den das zugehörige innere Kerriblech-Fenstereck und die Mitte der Jochaußenkantea- verbindenden Diagonalen zusammenfallen. Sie dürfen aber teilweise damit zusammenfallen. Es ist vorteilhaft, wenn sich die Trennfugen nicht zu weit von den zugehörigen Diagonalen entfernen. Beispielsweise besteht eine günstige Ausfuhrungsform darin, daß wenigstens auf einer Seite der Mittelachse keine Stelle der Trennfuge sich mehr als ein Viertel oder wesentlich mehr als ein Fünftel der Mittelschenkelbreite von der zugehörigen Diagonallinie entfernt. Bei ganz innerhalb des Jochs verlaufenden Trennfugen kann es besonders vorteilhaft sein, wenn diese Entfernung höchstens ein Sechstel der Mittelschenkelbreite ist. Vorteilhaft schneiden die Trennfugen die Diagonale mindestens 2-mal.

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Besonders günstig sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trennfuge, die wenigstens einen angenähert parallel oder angenähert senkrecht zur Mittelachse verlaufenden Abschnitt enthalten. Solche Abschnitte tragen stark zur Verlängerung der Trennfuge bei und haben bei kornorientiertem Material eine für den magnetischen Fluß günstige Richtung. Solche Abschnitte können miteinander etwa durch scharfe Ecken, durch Kj/izven oder durch kurze Schrägungen verbunden sein. Je mehr solche Abschnitte einander folgen, desto mehr kann sich die Trennfuge - beispielsweise in treppenförmigem oder geschlängeltem Verlauf - der genannten Diagonale annähern. Zuviele solche Teilabschnitte bringen aber keinen Vorteil mehr und können außer den fertigungstechnischen Nachteilen sogar magnetische Nachteile bringen. Denn an den Trennfugen-Überlappungen muß der magnetische Fluß beidseits der Trennfuge auf einer Weglänge von größenordnungsmäßig ein Millimeter auf die durchlaufenden Blechlagen ausweichen, was bei jedem rechtwinkligen Eck oder jeder scharfen Krümmung der Trennfuge zu lokalen Störungen des Flusses führt; das kann sich zu einem beträchtlichen Gesamteffekt aufsummieren.

Sehr günstig sind Trennfugenführungen, die auf mindestens einer Seite der Mittelachse ein oder zwei zur Mittelachse angenähert parallele Abschnitte und/oder ein oder zwei zur Mittelachse angenähert senkrechte Abschnitte enthalten. Besonders bei Kernblechen mit auf beiden Seiten gleich breiten Jochen (c. = Cp) ist es magnetisch günstig, wenn wenigstens auf einer Seite der Mittelachse die Trennfuge im ersten Fünftel ihres vom zugehörigen Fenstereck aus gerechneten Verlaufs einen mittleren Winkel von nicht wesentlich mehr als 45° mit der Mittelschenkel-Außenkante einschließt^ besser liegt dieser zwischen 0° und 30°.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig.1 die teilweise Draufsicht auf ein Kernblech mit unsymmetrischer-Trennfugenführung. Die Mittelachse ist strich-punktiert, die die inneren Fensterecken mit der Mitte der Jochaußenkante verbindenden Diagonalen sind lang-gestrichelt, Beispiele von nicht erfindungsgemäßen Trennfugen sind kurz-gestrichelt;

Fig.2 die teilweise Draufsieht auf ein Kernblech mit zwei zur Mittelachse unsymmetrischen und diese nicht schneidenden Trennfugen;

Fig.3 die teilweise Draufsicht auf ein Kernblech mit einer innerhall des Joches verlaufenden, zur Mittelachse symmetrischen Trennfuge, die an den Fensterecken schräg zur Mittelschenkel-Längskante ansetzt; 809826/0319

Fig.4 die teilweise Draufsicht auf ein. Kernblech mit einer innerhalb des Joches verlaufenden, zur Mittelachse symmetrischen Trennfuge, die an den Fensterecken ein Stück weit in geradliniger Fortsetzung der Mittelschenkel-Längskante verlauftj

Fig.5 die Draufsicht auf ein Kernblech mit zwei zur Mittelachse symmetrischen und diese nicht schneidenden Trennfugen. Die Trennfugen sind als Haar-Luftspalte ausgebildet, deren Breite deutlichkeitshalber übertrieben dargestellt ist. Die Breite des fugenlos anschließenden Joches ist größer als die des trennfugenseitigen Joches;

Fig.6 die Draufsicht auf einen aus einzelnen Kernblechen gemäß Fig. 5 geschichteten Mantelkern mit unbewickeltem Spulenkörper;

Fig.7 einen Schnitt-durch den Mantelkern mit Spulenkörper nach Fig.6.

Aus den Figuren 1 bis 5 erhält man weitere Beispiele erfindungsgemäßer Kernbleche, indem man irgend eine rechts der Mittelachse 9 dargestellte Seite ergänzt durch die links der Mittelachse 9 dargestellte Seite irgend einer anderen aus diesen fünf Figuren.

Das Kernblech nach Fig.5 ist eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung. Es ist quadratisch ausgebildet und besteht aus einem Mittelschenkel 1, zwei dazu im Abstand befindlichen parallelen Außeiischenkeln 2 und 3 und zwei deren Enden verbindenden Jochen 4 und 5, wobei zum Einschichten in die in Fig.5 nicht gezeigte Wicklung zwischen dem einen Ende 7 des Mittelschenkels 1 und dem benachbarten Joch 4 zwei Trennfugen 8a und 8b vorgesehen sind. Die Summe der Breite C^ des trennfugenseitigen Joches 4 und der Breite c. des fugenlps anschließenden Joches 5 ist größer als die Breite f des Mittelschenkels 1. Ebenso ist die Summe der Breiten b der beiden Außenschenkel 2 und 3 größer als die Breite f des Mittelschenkels. Der Mittelschenkel 1, die Außenschenkel 2 und 3 und die Joche 4 und 5 schließen die Fenster 10 und 11 ein, deren in Richtung der Mittelachse 9 gerechnete Länge e ist. Da die Breite c. des fugenlos anschließenden Joches 5 in dieser Ausführungsform der Erfindung größer als die Breite C₂ des trennfugenseitigen Joches 4 ist, liegen die Fenster 10 und 11 unsymmetrisch zur Querachse 6. Die zum Mittelschenkel 1 parallele Außenkante weist die Länge a auf.

Der Mantelkern nach Fig.6 enthält Kernbleche nach Fig.5, die in abwechselnd zwei verschiedenen Lagen eingeschichtet sind. Wenn diese

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beiden gegeneinander gerichteten Lagen von gleich vielen Kernblechen mit einander gleicher Materialstärke angenommen werden, so haben beide Joche des Mantelkerns gleichen Querschnitt und dieser steht zum Querschnitt des Mittelschenkels des Mantelkerns im Verhältnis i(c.|+Cg)Zf. Die Innenkanten 12 der fugenlos anschließenden Joch 5 der Kernbleche liegen nahezu an den Flanschen 13 des die nicht dargestellte Wicklung tragenden Spulenkörpers 14 an. Dagegen haben die Innenkanten 15 der trennfugenseitigen Joche 4 der Kernbleche um die Kernblech-Jochbreitendifferenz C₁-Cp vergrößerte Abstände von den Planschen 15 des Spulenkörpers 14· Die lichte Länge e_K des Mantelkern-Fensters ist um die Kernblech-Jochbreitendifferenz c-j-Cp kurzer als die Länge e der Fenster 10 und 11 der einzelnen Kernbleche.

In den Figuren 1 bis 4 ist nur das trennfugenseitige Joch 4 mit der Breite Cp von erfindungsgemäßen Kernblechen dargestellt. Diese Breite Cp ist größer als-die Hälfte der Mittelschenkelbreite f. Die Breite c. des nicht dargestellten Joches kann gleich Cp oder davon verschieden seinj es ist vorteilhaft, wenn sie größer als Op ist. Sehr günstige und realistische Verhältnisse hat man beispielsweise dann, wenn C₁Zf = 0»72 und C₂Zf = 0,62, also (Cj+c₂)Z^{f s 1}»34 ist, wie das angenähert beim Kernblech nach Fig.5 der Fall ist.

Keine der beiden in Fig.1 in kurz-gestrichelter Darstellung gezeigten Trennfugen hat von der Mittelachse 9 aus gesehen sowohl einen konkaven als auch einen konvexen Teil. Diese Trennfugenführune ist also nicht erfindungsgsmäß. Obwohl diese beiden Trennfugen länger sind als die läng-gestrichelt dargestellten Diagonalen, sind sie dennoch keine gute Lösung: Die linke von ihnen bildet einen sehr spitzen Winkel mit der Jochaußenkante 16, was fertigungstechnisch und magnetisch schlecht istj die rechte von ihnen ist insbesondere dann schlecht, wenn die beiden Jochbreiten C₁ und e« einander gleich sind, weil dann ein Teil des in der Nähe der Mittelschenkel-Längskante 1? laufenden magnetischen Flusses von der Trennfuge schräg auf die Mittelachse hin gedrängt wird.

Diese Nachteile vermeiden die in Fig.1 als ausgezogene« Linien dargestellten erfindungsgemäßen Trennfugen 8a und 8b. Bei beiden Fugen 8a und 8b kommt - immer von der Mittelachse 9 aus gesehen vom zugehörigen Fenstereck 18 aus, entlang der Trennfuge 8a bzw. 8b gerechnet, zuerst der konkave Teil und dann der konvexe Teil der Trennfuge 8a bzw. 8b. Beim Kernblech nach Fig.2 kommt bei der rechtsseitigen Trennfuge 8a zuerst ein konvexer, dann ein konkaver

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und dann wieder ein konvexer Teil; nach Fig.3 kommt auf jeder Seite der Mittelachse 9 der konvexe Teil der Trennfuge 8 vor dem konkaven: nach Fig.4 ist auf jeder Seite der Mittelachse 9 ein konvexer Teil der Trennfuge 8 zwischen zwei konkaven Teilen; nach Fig.5 kommt der konvexe Teil jeder Trennfuge 8a und 8b nach einem zweiteiligen konkaven Teil. Die konkaven und konvexen Teile der Trennfugen 8, 8a bzw. 8b können als Ecken, Kreisbögen oder sonstige Kurven ausgebildet sein.

Bei den Kernblechen nach den Figuren 1, 4 und 5 setzen die erfindungsgemäßen Trennfugen 8, 8a bzw. 8b am zugehörigen Fenstereck 18 in geradliniger Fortsetzung der Mittelschenkel-Längskante 17 an und behalten diese Richtung ein Stück weit genau oder ungefähr bei. Das ist sehr günstig, besonders bei kornorientiertem Material, weil dadurch der aus dem umv/ickelten Teil des Mittelschenkels 1 kommende magnetische Fluß im Bereich des jeweiligen inneren Fensterecks 18 ohne starke Störungen teils seine Richtung beibehalten, teils rechtwinklig über die überlappten Trennfugen 8, 8a bzw. 8b übersetzen kann.

Bei den Trennfugen 8, 8a bzw. 8b nach den Figuren 4 und 5 schließsich dem konkaven Teil ein senkrecht zur Mittelachse 9 verlaufender Abschnitt an, der ungefähr ein Viertel so lang wie die Mittelschenkelbreite f ist. Das hat unter anderem den Vorteil, daß die Trennfuge 8, 8a bzw. 8b lang wird, daß sie die gedachte Diagonale (Fig. 1) schneidet und bei kornorientiertem Material in den überlappenden Blechlagen die ideale Übertrittsrichtung bietet.

Bei den Trennfugen 8, 8a bzw. 8b nach den Figuren 4 und 5 folgt auf den ebengenannten Abschnitt ein konvexes Eck und dann ein parallel zur Mittelachse 9 verlaufender Abschnitt, der sich in Fig.5 mit einer Länge von rund zwei Fünftel der Mittelschenkelbreite f bis zur Jochaußenkante 16 fortsetzt. Auch hierdurch wird die Trennfuge 8, 8a bzw. 8b lang und schneidet die gedachte Diagonale erneut. Bei der Trennfugenführung nach Fig.4 folgt noch ein letzter Abschnitt bestehend aus einem sehr flachen Kreisbogen. Dadurch bleibt der mechanische Zusammenhalt des Joches 4 gewahrt.

Bei der rechten Trennfuge 8a nach Fig.2 und der Trennfuge 8 nach Fig.3 kommt - auch wieder vom zugehörigen Fenstereck 18 aus entlang der Trennfuge 8 bzw. 8a gerechnet - vor dem konkaven Teil der Trennfuge 8 bzw. 8a ein konvexer. Bei der Trennfuge 8a in Fig.2 ist der konvexe Teil so schwach ausgeprägt, daß er magnetisch kaum oder gar nicht schadet, aber die Einschichtung der Kernbleche in die Wicklung

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erleichtert. Schwerwiegender ist die Trennfugenführung von etwa 45 gegen die Mittelachse 9 am zugehörigen Fenstereck 18 in Fig.3. Diese für das Einschichten der Kernbleche günstige Schrägführung ist aber dann auch magnetisch^ schadlos, wenn die Jochbreite C₁ größer ist als die Jochbreite Cp· Eine kleine Schrägung zur Erleichterung des Einschichtens der Bleche ist auch bei den Trennfugen 8a und 8b nach Fig.5 vorgesehen.

Bei dem Kernblech nach Fig.5 ist das von der Mittelachse 9 aus gesehen konvexe Eck 20 der Trennfugen 8a und 8b so gelegt, daß .sein Abstand von der Verlängerung der zugehörigen Mittelschenkel-Längskante 17 ungefähr halb so groß ist wie die Summe aus den zwischen diesem Eck 20 und dem zugehörigen inneren Kernblech-Fenstereck 18 liegenden Trennfugenlängen und der Jochbreitendifferenz C₁-Cp. Diese Summe ist gleich dem entlang der Trennfuge 8a bzw. 81) und dem anschließenden Teil der Mittelschenkel-Längskante 17 gerechneten Abstand zwischen dem Eck 20 jeder Trennfuge 8a und 8b und dem zugehörigen lichten inneren Fenstereck 19 des Mantelkerns. Dadurch ist erreicht, daß in einem aus Kernblechen in zwei verschiedenen gegensinnigen Lagen geschichteten Mantelkern im Mittelschenkel 9 selbst dann keine lokalen Flußdichte-Erhöhungen auftreten, wenn über den Trennspalt selbst überhaupt kein Fluß übergeht.

Bei den Trennfugen 8, 8a bzw. 8b nach den Figuren 3, 4 und 5 sind die Abstände der konkaven Ecken 21 der Trennfugen 8, 8a z)bw.8b von der Mittelachse 9 und von der Jochaußenkante 16 derart eingerichtet, daß sich aufgrund der zwischen diesen Ecken 21 und der Jochaußenkante 16 bzw. der Mittelachse 9 liegenden Trennfugenlängen, zwischen diesen Ecken 21 und der Jochaußenkante 16 eine gegenüber dem MittelschenkelI9 angemessen reduzierte Flußdichte einstellt. Der ideale Flußdichte-Reduktionsfaktor f/(c. +Cp) wird dabei nicht ganz erreicht. Der tatsächlich erreichte Reduktionsfaktor von etwa 0,75 bis 0,8 reicht aber selbst für höchste Ansprüche aus. Um das zu erreichen ist bei jeder der beiden Trennfugen 8a und 8b nach Fig.5 der Abstand des dem Fenstereck 18 entfernter liegenden konkaven Ecks 21 von der Jochaußenkante 16 ungefähr das 0,6-fache bis 0,65-fache der Längen beider zwischen diesem konkaven Eck 21 und

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der Jochaußenkant erliegenden Trennfugenabs chhitte. Hinsichtlich des rechts oder links der Mittelachseyiiegenden Teils der Trennfuge 8 nach Figuren 3 und 4 gilt die analoge Relation, jedoch sind die Trennfugenlängen zur Mittelachse 9 statt zur Jochaußenkante 16 zu rechnen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Kernblech für Mantelkerne, vorzugsweise für Transformatoren, Übertrager, Drosseln und dergleichen, aus einer Mehrzahl von wechselweise gegeneinander geschichteten Kernblechen, mit einem Mittelschenkel, zwei dazu im Abstand befindlichen parallelen Außenschenkeln und zwei deren Enden verbindenden Jochen, wobei zum Einschichten in die Wicklung zwischen einem Ende des Mittelschenkels und dem benachbarten Joch mindestens eine Trennfuge vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus der Breite (c.) des fugenlos anschließenden Joches und der Breite (up) des trennfugenseitigen Joches mindestens 1 ,25-fach und höchstens 1,45-fach der Mittelschenkelbreite (f) ist, daß auf jeder Seite der Mittelachse die Länge der Trennfuge mindestens 0,75-fach der Mittelschenkelbreite (f) ist und daß die Trennfuge zumindest auf einer Seite der Mittelachse von dieser aus gesehen mindestens einen konkaven und mindestens einen konvexen Teil enthält.

2. Kernblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des fugenlos anschließenden Joches größer ist als die des trennfugenseitigen Joches Cc₁> Cp).

3· Kernblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des fugenlos anschließenden Joches gleich der des trennfugenseitigen Joches ist (e.. = c-p)°

4. Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß'auf einen von der Mittelachse aus gesehen konkaven Teil der Trennfuge in entlang der Trennfuge gerechnet größerem Abstand vom zugehörigen Fenstereck ein konvexer Teil der Trennfuge folgt=

5. Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4? dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus der Breite (c,) des fugenlos anschließenden. Joches und der Breite (Op) cLes trennfugenseitigen Joches mindestens 1₉3-fsch und höchstens 1,4-fach der Mittelschenkelbreite (f) ist.

6. Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet _t daß die Summe aus der Breite (c,) des fugenlos anschließenden Joches und der Breite (c₂) des trennfugenseitigen

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Joches ungefähr 1,55-fach der Mittelschenkelbreite (f) ist und daß die Summe der beiden Außenschenke!breiten (b) ungefähr 1,25-fach der Mittelschenkelbreite (f) ist.

7· Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trennfuge als Haarspalt ausgebildet ist.

8. Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Trennfugenlänge mindestens gleich der Länge beider vom inneren Kernblech-Fenstereck zur Mitte der Jochaußenkante geführten Diagonalen ist.

9. Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Trennfugenlänge angenähert gleich der doppelten Mittelschenkelbreite (f) abzüglich der doppelten Differenz (cj-Cp) der Breite des fugenlos anschließenden Joches und der Breite des trennfugenseitigen Joches ist.

10. Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennfugenverlauf hinsichtlich der Mittelachse unsymmetrisch ist.

11.Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß der Trennfugenverlauf hinsichtlich der Mittelachse symmetrisch ist.

12.Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seite der Mittelachse keine Stelle der Trennfuge sich wesentlich mehr als ein Fünftel der Mittelschenkelbreite (f) von der das zugehörige Kernblech-Fenstereck mit der Mitte der Jochaußenkante verbindenden Diagonale entfern:

13. Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seite der Mittelachse die Trennfuge die das zugehörige Kernblech-Fenstereck mit der Mitte der Jochaußenkante verbindende» Diagonale wenigstens zweimal schneidet.

14·Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seite der Mittelachse die Trennfuge ein Stück weit in geradliniger Fortsetzung der Mittelschenkel-Längskante verläuft.

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15.Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seite der Mittelachse die Trennfuge zwei zur Mittelachse angenähert parallele Abschnitte enthält.

16.Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seite der Mittelachse die Trennfuge einen die Mittelachse nicht schneidenden Abschnitt enthält, der angenähert senkrecht zur Mittelachse steht.

17-Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seite der Mittelachse die Trennfuge im wesentlichen die Form einer Treppe mit mindestens einer und höchstens zwei Stufen hat.

18.Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwei die Mittelachse nicht schneidende Trennfugen vorgesehen sind, deren jede an einer Stelle der Jochaußenkante endet, die von der gedachten geradlinigen Verlängerung der auf der gleichen Seite liegenden Mittelschenkel-Längskante weiter entfernt ist als von der Mittelachse.

19·Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Jochaußenkante nicht erreichende Trennfuge vorgesehen ist, die an den Fenoterecken schräg zur Mittelschenkel-längskante ansetzt.

20. Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Seite der Mittelachse die Mitte des von der Mittelachse aus gesehen konvexen Teils der Trennfuge so gelegt ist, daß ihr Abstand von der geradlinigen Verlängerung der zugehörigen Mittelschenkel-Längskante ungefähr halb so groß ist wie die Summe aus den zwischen dieser Mitte und dem.zugehörigen inneren Kernblech-Fenstereck liegenden Trennfugenlängen und der Jochbreitendifferenz (c.-Cp).

21.Kernblech nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß v/enigstens auf einer Seite der Mittelachse die Mitte jedes konkaven Teils so gelegt ist, daß ihr Abstand von der Jochaußenkante ungefähr 0,55 bis 0,65 mal so groß ist wie die zwischen dieser betreffenden Mitte und der Jochaußenkante beziehungsweise Mittelachse liegenden Trennfugenlängen.

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