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Verfahren zur Herstellung geblechter Eisenkerne für Transformatoren,
Drosselspulen und dergl.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geblechter Eisenkerne
für Transformatoren, Drosselspulen und dergleichen, die aus mehreren stumpf aneinander
stoßenden Teilen bestehen.
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Üblicherweise werden die Kerne von Transformatoren, die in der Regel
aus zwei, drei oder fünf sogenannten Schenkeln und diese an den Enden miteinander
verbindenden sogenannten Jochen bestehen, aus einer Vielzahl von dünnen Blechen
geschichtet, wobei die Übergangsstellen zwischen den Schenkeln und Jochen durch
einander über lappende Bleche gebilelet werden. Fig. 1 zeigt schematisch clen Aufbau
eines solchen Drehstromtransformator-Kerns. Darin sind 1 die Schenkel und 2 die
Joche. Die Querschnitte der Schenkel sind wegen der über die Schenkel zu schiebenden
zylindrischen Wicklungen rund. Mit Rücksicht auf eine optimale Verteilung des magnetischen
Flusses beim Übergang in die Joche haben auch diese die runde Querschnittsform.
Fig. 2 zeigt die Detaildarstellung im Übergangsbereich zwischen Schenkel und Joch.
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I)abei werden die einzelnen Schenkelbleche 3 und Jochbleche 4 wechselweise
bis zu den Linien 5 bzw. 6 geführt, wodurch jeweils eine Überlappung mit der Breite
s des darunter liegenden Blechs erfolgt. Auf diese Weise entsteht ein magnetisch
guter und mechanisch stabiler Übergangsbereich. Der winkel von 45°, unter dem die
Stoßkanten verlaufen, hängt mit der magnetischen Vorzugsrichtung der kornorientierten
Magnetbleche zusammen.
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I)ie Fig. 2 macht deutlich, daß diese Übergangsstelle mit ihren vielen
{Jbe i'lappungs zonen bei Aufbringen eines von außen einwi rkenden Preßdrucks in
Querrichtung auf die Bleche durch die Reibungskräfte mechanisch stabil wird. Dies
ist bei normalen Transformatorenkernen durchaus erwüns cht, Allerdings bereitet
das Einschachteln der Bleche des oberen Jochs nach dein Auffahren der Wicklungen
auf die Schenkel einen relativ großen Arbeitsaufwand, der in Kauf genommen werden
muß, Uei Sondertransformatoren, z. B. für Forschungszwecke, wird häufig die Forderung
erhoben, die Joche sehr schnell von den Schenkeln abheben zu können, um die Wicklungen
oder Spulen auf den Schenkeln in angemessen kurzer Zeit austauschen zu können. Eine
solche Forderung ist z. B.
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bekannt bei Magnetkernen im Zusammenhang mit der Plasma* und Kernfors
chung.
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Bei besonders großen Kernen kann es z. B. zu Einschränkungen hinsichtlich
des größten Stückgewichts und der Abmessungen wegen der Transportmöglichkeiten zum
Aufstellungsort kommen. Hier wird dann eine Teilung des Kerns in mehrere getrennt
hergestellte und transportierte Einzelteile erforderlich.
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Bei Drosselspulen schließlich wird aus magnetischen Gründen oftmals
eine Aufteilung der Schenkel in mehrere axial übereinander angeordnete und voneinander
isolierte Abschnitte gewünscht.
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In den genannten drei Fällen wird auf eine verschachtelte Verbindung
der einzelnen Kernteile untereinander verzichtet. Die sich daraus ergebenden Besonderheiten
hinsichtlich der Leitung des magnetischen Flusses werden in Kauf genommen bzw. sogar
gewünscht.
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Dabei werden an die Stoßstellen, die durch Zwischenlage von Isolationsplatten
als sogenannte Luftspalte ausgebildet werden, besondere Anforderungen hinsichtlich
der Planparallelität und der exakten Dicke gestellt, Diese Forderungen sind in der
Regel besonders extrem bei den erwähnten Kernen für die Plasma- und Kernforschung.
Die Luftspalte müssen hier zusätzlich untereinander alle exakt gleich dick sein
mit Rücksicht auf die außerordentliche Empfindlichkeit der Plasmaanlagen auf magnetische
Kräfte, Geringe Unterschiede der durch die magnetischen Streufelder an den Luftspalten
verursachten Kräfte haben eine Störung der Gleichgewichts lage des um den Kernschenkel
geschlossenen Plasmarings zur Folge.
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Diese Kernarten bestehen in der Regel aus einem die Spulen tragenden
Zentralschenkel mit zwei oder mehreren sogenannten Rückschlußschenkeln kleineren
Querschnitts und den entsprechenden Rückschlußjochen zwischen Hauptschenkel und
Rückschlußschenkeln.
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Da die einzelnen Bleche, aus denen die getrennt gefertigten Kernteile
durch Aufeinanderschichten hergestellt werden, beim Schneiden aus Coils unvermeidliche
Maßabweichungen (Toleranzen) bezogen auf die Nennmaße für Länge und Breite haben,
ergeben sich große Schwierigkeiten, die Genauigkeitsanforderungen an die Stoßstellen
der Luftspalte
zu erfüllen, Nur ganz ideal geschnittene E31ech-e,
die praktisch keine Längendifferenzen und Winkelfehler der Abschnittkanten aufweisen,
würden das Schichten von Kernteilen mit ebenen Stoßflächen ermöglichen, Dies ist
in der Praxis unmöglich, da bei den mit (), 28 bis 0, 5 mm dicken und dabei bis
zu mehreren Metern langen und oft über 1 m breiten Blechen selbst auf den besten
heute bekannten Ablänganlagen Toler@nzen in der Größenordnung von Zehntelmillimetern
nicht vermieden werden können, Werden solche Bleche nun aufeinander geschichtet,
so ergeben sich zwangsläufig Ungenauigkeiten an den Endflächen.
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Die Figur 3 veranschaulicht das Problem, Ein Kernschenkel 1 ist z.
B. aus Gewichtsgründen in drei Einzelabschnitte 7 unterteilt, Es zeigt sich, daß
unvermeidlich an den die Luftspalte begrenzenden Flächen 8 Unebenheiten entstehen
Das bedeutet, keiner dieser Luftspalte kann in der Höhe. und Planparallelität der
sie begrenzenden Flächen 8 die Forderung nach der Genauigkeit im Bereich von weniger
als 1/10 mm erfüllen, Die Abweichungen wurden in der Vergangenheit entweder akzeptiert
zum Nachteil einer technisch optimalen Lösung, oder es wurde eine Bearbeitung der
Stoßflächen erforderlich Eine solche Bearbeitung ist sehr aufwendig, Da sie spanend
erfolgt, bilden sich an den einzelnen Blechen kleine Grate, so daß die Isolationen
zwischen den Blechen überbrückt werden und die ganze Stoßfläche an ihrer Oberfläche
praktisch eine durchgehende metallische Fläche ist, Dies ist aus magncti schen Gründen
höchst unerwünscht, L)ie Erfindung schlägt nun eine technisch bessere Lösung vor,
die attch den Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit berücksichtigt. Die Merkmale
der erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen angegeben, Bei Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, das keine aufwendigen
Mittel erfordert,
ist vor allern die Forderung nach Planparallelität der Stoßflächen 8 und Gleichmäßigkeit
der durch sie begrenzten Luftspalte erfüllt, Die Bleche der Kernteile werden in
einer Lehre geschichtet, die ia wesentlichen aus zwei einander parallel gegenüber
angeordneten Anschlagplatten besteht. Der Abstand der Anschlagflächen voneinander
entspricht dabei deren Blech mit der größten zu erwartenden Länge innerhalb des
jeweiligen Toleranzbereichs, Nun werden die Bleche beim Schichten abwechselnd gegen
die eine und gegen die andere Anschlagfläche angelegt, Außerdem werden die Bleche
noch wechsel~ weise vor dem Einlegen urn 1800 um ihre Längsachse gedreht, Auf diese
Weise entsteht ein Teilkern mit exakter Länge und planparallelen Flächen. Die beirn
Schichten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehenden Rillen in den Stoßflächen
können durch Gießharz oder dergleichen gefüllt werden, so daß eine ebene Stoßfläche
entsteht.
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Fig, 4 zeigt die erfindungsgemäße Lösung im Prinzip. Sie zeigt den
Ausschnitt A aus Fig. 3, die Stoßflächen 8 der Teile 7 eines Schenkels 1 und den
durch sie begrenzten Luftspalt 9, Mit 10 sind die einzelnen Magnetbleche des Schenkelteils
7 bezeichnet, Der Luftspalt 9 ist durch die planparallele und harte nicht elastische
Isolationsplatte 12 ausgefüllt. Wie bereits erwähnt, werden bei der Herstellung
der Teilschenkel 7 erfindungsgemäß doppelseitige Lehren verwendet, Die beim wechselweisen
Schichten der Bleche 10 gegen die Anschlagflächen aufgrund der unterschiedlichen
Längen der Bleche 10 entstehenden Rillen 11, die ein sägezahnartiges Bild ergeben,
können mit Gießharz ausgegossen werden, so daß eine homogene Oberfläche entsteht,
die keine Lastüberhöhung auf die Zwischenisolation zur Folge hat,
Die
Lehren sind auf die Begrenzungslinien 24 bzw. 25 eingestellt, deh. auf die zu erwartende
maximal auftretende Länge bei einem oder mehreren der geschnittenen Bleche 10, Da
diese maximale Länge der Wahrscheinlichkeit nach ganz selten auftritt, dagegen das
um den halben Toleranzbereich kürzere Nennmaß am häufigsten, und das andere Extrem,
nämlich das kürzeste Blech ebenfalls selten, werden die Bleche mal mehr und mal
weniger zurückstehen und zwar nur etwa jedes zweite Blech.
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Markiert ist in der Fig. 4 die Kante des kürzesten Blechs 10 mit 26
bzw. 27. Über das gesamte Blechpaket gesehen mitteln sich die einzelnen Abweichungen
auf die Ebene 28 bzw. 29 und das nach dem Wahrs cheinlichkeitsgesetz mit hohem Gleichheit
s grad an allen Stoßstellen bzwe Luftspalten des Schenkels Die Forderungen nach
Gleichheit der Luftspalte 9 und der durch die zusätzliche Achsverdrehung jedes zweiten
Blechs 10 gemäß Fig. 5 gegebenen Planparallelität durch Mittelung der Winkelfehler,
sind damit erfüllt.
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Füi die magnetischen Belange wird mit einem fiktiven Luftspalt entsprechend
der höhe zwischen den Ebenen 28 und 29 gerechnet.
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