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T i t e 1 : Kernblech zur Erzeugung von
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magnetischen Kreisen Die Erfindung betrifft ein Kernblech zur Erzeugung
von magnetischen Kreisen, wobei jedes Kernblech über jeweils einen Stumpfstoß an
einem benachbarten Kernblech gefügt ist.
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Bei magnetischen Kreisen mit Stumpfstoß, wie Eisenkernen von Transformatoren,
werden die deckungsgleichen Kernbleche bekanntlich zuerst zu Bündel, z. B. durch
Kleben, zusammengefügt, und es wird dann aus den einander befestigten
Eisenkernen
der magnetische Kreis ausgebildet, wobei die nebeneinander angeordneten und mit
Wicklungen versehenen Blechpakete, z. B. durch Schweißen, aneinander befestigt werden.
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Bei magnetischen Kreisen mit Stumpfstoß muß der Querschnitt des Stumpfstoßes
verhältnismäßig groß gewählt werden, damit die spezifische Flußdichte in diesem
Querschnitt geringer wird als in den übrigen Teilen des Eisenkerns. In diesem Fall
nimmt auch die Erregungsenergie im stumpf angepaßten Luftspalt ab. Wenn der Querschnitt
beim Stumpfstoß im erforderlichen Maß nicht erhöht werden kann, so müssen die übrigen
Querschnitte des magnetischen Kreises erhöht werden, was aber unerwünschte Material-
und Gewichtszuschüsse nach sich zieht.
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Die Kernbleche für Transformatoren sollen dabei möglichst ohne Abfall
erzeugt werden, und es sollen die dennoch ausfallenden Stücke so dimensioniert werden,
daß sie auch für andere Zwecke anwendbar sind. Dazu geben Beispiele die aus Platten
von EI-, UI-, L- oder I-Form zusammengestellten Eisenkerne entsprechende Anregungen.
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Der Querschnitt des Stumpfstoßes ist aber bei diesen Eisenkernen jedoch
vorbestimmt, so daß er im erforderlichen Maße ohne die Erhöhung anderer Querschnitte
des magnetischen Kreises nicht gesteigert werden kann.
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Die Nachteile des Luftspaltes können durch Spezialbearbeitung der
stumpf angepaßten Oberflächen herabgesetzt werden, wobei jedoch die z. B. durch
Schleifen vorgenommene Bearbeitung so kostspielig ist, daß die Verbreitung dieser
Technologie auch bei den aus hochwertigen, kalt gewalzten Bändern mit gerichteten
Körnern gewickelten Kernbleche sehr problematisch ist.
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Es ist schon untersucht worden, wie der stumpf angepaßte Querschnitt
auf Kosten sogar der Plattenverluste erhöht
werden kann. Dabei wird
das ganze Transformatorblech praktisch aus einem einzigen Stück herausgestanzt bzw.
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herausgepreßt (das aus der zurückbleibenden Lücke ausfallende Plattenstück
geht verloren oder zumindest wird es nicht bei dem selben Transformatortyp angewandt),
und das Blech wird in einem weiteren Arbeitsgang in zwei Teile gespaltet, so daß
die Schnittlänge so groß wie möglich ausgebildet wird. So wird z. B. der in eine
Säule gehörende Teil einer Platte abgeschnitten, aber nicht bei dem geringsten Querschnitt,
sondern so, daß damit ein Winkel eingefaßt wird. Eine solche Herstellungsmethode
für Kernbleche wird z. B. in der DE-PS 2 129 500 beschrieben.
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Nach einer ähnlichen Herstellungsmethode wird das Schneiden nicht
entlang einer geraden Linie, sondern, zur weiteren Erhöhung des Querschnittes, auf
einer Wellenlinie der Form eines "S" vorgenommen.
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Nach einem weiteren Herstellungsverfahren,z. B. bei Dreisäulentransformatoren,
wird das Transformatorblech ebenfalls aus einem einzigen Stück ausgestanzt, aber
es wird nicht die Säule, sondern es werden die Joche durchgeschnitten, und zwar
so, daß der Schnitt bei der mittleren Säule als ein in das Joch eingreifender Teil
ausgebildet wird. Bei Verwirklichung dieses Verfahrens wird aber, wenn also der
Schnitt über die Breite der Säule hinübergreift, auch die Fertigung der Wicklungen
problematisch.
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Es ist ferner eine Herstellungsmethode bekannt, nach der das Schneiden
so durchgeführt wird, daß die mittlere Säule diagonal, die Joche aber oberhalb bzw.
unterhalb der beiden äußeren Säulen, diagonalsymmetrisch, durchgeschnitten werden.
Obzwar auf den Oberflächen mit Stumpfstoß große Querschnitte erzielt werden, bedeuten
die
obigen Lösungen keinen Ausweg aus diesem Problem,da die Plattenverluste noch unzulässig
groß sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die darin besteht, die Ausführung
von Kernblechen dahingehend weiterzubilden, daß - ohne Abfallverluste, d. h. zumindest
bei minimalen Abfallinengen, Eisenkerne von magnetischen Kreisen einfach erzeugt
werden können, - ein magnetischer Kreis mit Stumpfstoß aufgebaut und der gewünschte
Querschnitt erzielt werden kann, ohne daß die übrigen Querschnitte desselben magnetischen
Kreises erweitert werden müssen, - die Fertigungskosten geringer als bei den durch
die derzeitigen bekannten Fertigungsmethoden gefertigten, magnetischen Kreise erhalten
werden können, - bei Verwendung des jeweiligen Kernbleches in einem Plattenbündel
ein ausreichend großer Querschnitt mit Stumpfstoß sichergestellt wird.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Kernblech der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß jedes Kernblech aus unterschiedliche Konfigurationen
aufweisenden Blechstrecken (schiefwinkligen Parallelogrammen und/oder Trapezen)
gebildet ist und solche Blechstrecken aufweist, die einen Winkel zu einer Längsachse
des Kernbleches von kleiner als 1800 einfassen, und deren aneinander berührenden
oder einander zugewandten, insbesondere kürzeren Blechseiten bzw. -schenkel miteinander
gleich sind.
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Durch diese Maßnahmen wird sowohl die der Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe vorteilhaft gelöst, als auch die vielfach bei bekannten Fertigungsverfahren
anfallende erhebliche Handarbeit eingespart. Ein weiterer Vorteil der Erfindung
besteht darin, daß durch die einfache Konfiguration der Kernbleche bandförmige Materialien
verwendet werden können, die sowohl schneller in entsprechenden Stanzmaschinen geführt
als auch einfacher gelagert werden können.
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Entsprechend der hier als Beispiel ausgeführten Beschreibung werden
der Rombus und das Romboid (Parallelogramm) als ein schiefwinkliges Parallelogramm
als mögliche Konfigurationen für die Kernbleche betrachtet.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt; Fig. 1 bis 4 die abfallfreie Abschneidemöglichkeit unterschiedlicher
Blechformen aus einem Band, Fig. 5 bis 7 weitere Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße
Abschneiden, wobei minimaler Verlust an Kernblech erreicht wird und Fig. 8 bis 13
magnetische Kreise, die aus erfindungsgemäßen Kernblechen zusammengesetzt sind.
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In Fig. 1 ist die Möglichkeit für das Abschnelden von Kernblechen
aus einem Band gezeigt, wobei das Kernblech abwechselnd aus rechtwinkligen Parallelogrammen
und schiefwinkligen Parallelogrammen zusammengesetzt ist, und die Mittellinie des
Bandes gleichzeitig die Symmetrieachse X der Blechform ist. Die Mittellinie des
Bandes überdeckt ebenfalls die Symmetrieachse X der in den
Figuren
2, 3 und 4 gezeigten Blechformen und zwar so, daß in Big. 2 ein rechtwinkliges Parallelogramm
zwischen zwei schiefwinkligen Parallelogrammen, in Fig. 3 zwei schiefwinklige Parallelogramme
zwischen zwei rechtwinkligen Parallelogrammen und in Fig. 4 zwei schiefwinklige
Parallelogramme angeordnet sind.
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In den Figuren 5 bis 7 werden Bandausführungen gezeigt, in welchen
die Blechformen aus Trapezen und (in Fig. 6) rechtwinkligen Parallelogrammen zusammengesetzt
sind.
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Bei diesen Ausführungen entsteht zwar ein gewisser Verschnitt und
somit Plattenverlust während des Ausschneidens aus dem Band, aber dieser Verlust
bleibt noch unter dem selben, der bei den herkömmlichen Ausführungen entsteht.
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Die in Fig. 1 bis 7 dargestellten Kernbleche lassen sich als Jochplatten
einsetzen und können aus einem Band mit voraus bestimmter Breite mit einfachen Fertigungsmitteln,
z. B. mit einer Profilschere und nicht mit einem Ausschneidewerkzeug, hergestellt
werden. Durch Verstellen des Anstoßes der Schere lassen sich auch mit einem Werkzeug
Kernbleche mit unterschiedlichen Breiten herstellen.
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In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel eines magnetischen Kreises mit
der erfindungsgemäßen Blechform gezeigt, wobei eine Säule 1 und Joche 2 an den Luftspalten
3 aneinander mit Stumpfstoß angepaßt werden. Bei dieser Lösung entsteht während
des Blechschneidens kein Abfall, und der Luftspalt 3 kann mit beliebiger Länge durch
einfache Verlängerung der Säulen 1 und der Joche 2 vorgesehen werden.
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In der Ausführungsform nach Fig. 9 kann die Länge des Luftspaltes
3 nicht beliebig geplant werden. Auch hier
entsteht während des
Ausschneidens der Säule 1 kaum Abfall. Die Längsfläche des Luftspaltes 3 kann aber
auch dabei, dem Neigungswinkel des Joches 2 entsprechend, um ca. 30 bis 40 % den
halben Querschnitt der Säule 1 übersteigen, was aber im Einzelfall genug ist.
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Trotz der genannten Abfallbildungen bleibt der Platten- bzw. Materialbedarf
auch in diesem Fall unterhalb des selben, der sich bei der Fertigung eines Eisenkerns
nach Fig. 8 ergibt.
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Der in Fig. 10 gezeigte Eisenkern stimmt im großen und ganzen mit
dem von Fig. 9 überein, jedoch mit dem Unterschied, daß an der mittleren, rechtwinkligen,
parallelograminförmigen Blechstrecke in der Jochplatte 2 anstelle der schiefwinkligen,
parallelogrammförmigen Blechstrekken trapezförmige Blechstrecken angeschlossen sind.
Dies hat zur Folge, daß in Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Jochplatte 2 hier
die Oberfläche des Luftspaltes 3 den halben Querschnitt der Säule 1 um 60 bis 80
% übersteigen kann.
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Bei den Ausbildungsformen des Eisenkernes nach den Fig.
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8 bis 10 müssen die einzelnen Schichten bei den an der Säule 1 anzubringenden
Wicklungen wegen der Form der Joche 2, von innen nach außen gesehen, immer kürzer
gefertigt werden. Darin steckt aber kein Nachteil, da der ohne Seitenwand ausgebildete
Wickelkörper, der insbesondere bei der preisgünstigen Serienfertigung wirtschaftliche
Vorteile bietet, nur auf dieser Weise mit großer Sicherheit ausgestaltet werden
kann.
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Auch mit Verwendung nur von Jochplatten können erfindungsgemäße, einphasige
Zweisäulen- und dreiphasige Dreisäuleneisenkerne gefertigt werden. Dafür zeigen
die Fig.
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11, 12 und 13 Ausführungsmöglichkeiten.
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In Fig. 11 werden die in Fig. B gezeigte Jochplatten 2 unmittelbar
miteinander verbunden, wobei beide Jochplatten 2 mit Wicklungen versehen sind.
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Im Eisenkern nach Fig. 12, der ausschließlich aus Jochplatten gestaltet
ist, sind derartige Jochplatten 2 untergebracht, die schon in Fig. 6 dargestelXt
worden sind. Bei dieser Lösung kann die Oberfläche des Luftspaltes 3 mit Rücksicht
auf den Jochguerschnitt um 40 bis 50 % vergrößert werden.
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Bei den ausschließlich aus Jochplatten verwirklichten Eisenkerntypen
müssen die Wicklungen auf dem Eisenkern ausgebildet werden, da diese nachträglich
schon nicht mehr montiert werden können. Aus dem Gesichtspunkt der Fertigungstechnologie
bedeutet dies aber keinen Nachteil, sondern eher einen Vorteil, da die Ausrüstung
des Eisenkerns mit den Wicklungen, als eine Sonderphase in der Fertigung, ausbleibt.
Die Zusammenstellung des Transformators bedeutet nun nur die Zusammenfügung der
mit den Wicklungen versehenen Eisenkernpakete. Die Verbindung der Eisenkerne kann
in einer entsprechenden Spannvorrichtung durch Klebens Ausguß mit Kunstharzen, Schweißen
usw. vorgenommen werden.
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Der Dreiphaseneisenkern nach Fig. 13 unterscheidet sich von dem in
Fig. 8 dargestellten Einphaseneisenkern dadurch, daß die Breite der Säule 1 mit
der Breite der beiden äußeren Jochplatten 2 übereinstimmt.