DE3005567C2

DE3005567C2 -

Info

Publication number: DE3005567C2
Application number: DE3005567A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. Philberth; Bernhard 8031 Puchheim De Philberth
Original assignee: SAWATZKY WILFRIED E NORTH BALWYN AU
Current assignee: SAWATZKY, WILFRIED E., NORTH BALWYN, AU
Priority date: 1980-02-14
Filing date: 1980-02-14
Publication date: 1991-10-31
Also published as: JPS56118317A; DE3005567A1; AU551419B2; AU6698981A; FR2476374B1; US4357587A; NZ196058A; IT1143503B; MX148962A; FR2476374A1; IT8167214A0; GB2070339B; CA1139384A; CH647091A5; JPH0145204B2; MY8700190A; GB2070339A

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kernblech für Eisenkerne, insbesondere für Transformatoren, aus einer Mehrzahl von geschichteten Kernblechen, mit höchstens drei voneinander im Abstand befindlichen parallelen Schenkeln gleicher Länge und zwei deren Enden verbindenden Jochen, wobei zum Einschichten in eine Wicklung zwischen einem Ende jedes Schenkels und dem benachbarten Joch eine Trennfuge vorgesehen ist und die Breite des fugenlosen anschließenden Joches größer ist als die Breite des trennfugenseitigen Joches. Ein solches Kernblech ist aus der DE-OS 27 55 218 bekannt.

Bei den aus solchen bekannten Kernblechen hergestellten Kernen sind die einzelnen Bleche in der Regel wechselseitig geschichtet, wobei die Kernbleche im fertigen Kern so liegen, daß ihre Außenränder jeweils in einer gemeinsamen Ebene übereinanderliegen, d. h., daß sich die Kerne von den üblichen Kernen äußerlich nicht unterscheiden.

Aus der DE-OS 26 50 074 und der obengenannten Offenlegungsschrift ist es bekannt, die sogenannten M-Kernbleche und die sogenannten EI-Kernbleche so zu verbessern, daß bei den mit ihnen zu erstellenden Mantelkernen der günstigere, fugenlose Jochquerschnitt auf Kosten des ungünstigeren, durchtrennten Jochquerschnittes vergrößert wird, so daß der magnetische Widerstand und die magnetische Ausstreuung verringert und der Wirkungsgrad verbessert werden.

Bei den EI-Kernblechen gemäß der DE-OS 27 55 218 handelt es sich vorzugsweise um den M-Kernblechen entsprechende Typen, so daß für diese Kerne auch die für M-Kerne - etwa der DIN-M-Reihe - üblichen Spulenkörper verwendbar sind.

Nun gibt es aber EI-Kernbleche zum Aufbau von Kernen mit zwei Fenstern, von denen jedes eine Länge gleich dem Dreifachen und eine Breite gleich dem Einfachen der halben Breite des Mittelschenkels besitzt. Diese Fensterproportionierung ergibt im Transformator eine sehr günstige Relation zwischen Kupfer und Eisen. Die EI-Kernbleche mit dieser Fensterproportionierung können abfallos gestanzt werden, indem bei paarweisem Stanzen der E-Teile die Fensterausschnitte genau die I- Teile bilden. Diese kommen hierbei aus gleicher Richtung des Blechmaterials wie die Schenkel; d. h., sie liegen in einer magnetischen Vorzugsrichtung, womit diese EI-Kernbleche günstiger als die M-Kernbleche sind. Daher sind Transformatoren mit EI-Kernblechen dieser Proportionierung sehr wirtschaftlich herzustellen, und sie wurden deshalb in der abfallosen DIN-EI-Reihe genormt.

Außer den vorgenannten M- und EI-Kernblechen finden für Einphasentransformatoren noch sogenannte UI-Kernbleche und für Dreiphasentransformatoren sogenannte 3UI-Kernbleche (ebenfalls EI-Kernbleche, jedoch mit anderen Proportionen, nämlich gleichbreiten Schenkeln) Verwendung. Diese Kernbleche sind in der DIN-UI-Reihe bzw. der DIN-3UI-Reihe genormt.

Auch diese Kernbleche bzw. die daraus hergestellten Kerne weisen einen verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstand an den Trennfugen und in den Jochen und somit einen verbesserungsfähigen Wirkungsgrad auf. Eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften und des Wirkungsgrades ist zwar durch die sogenannten Pu-, Pl- und Pu/Pl-Kerne mit verstärkten Jochen erzielt worden. Aber auch bei diesen Kernen, die im übrigen nicht abfallos stanzbar sind, ist die Materialausnutzung noch verbesserungsbedürftig.

Aus der US-PS 24 89 977 sind Transformatorenkerne aus EI- und UI-Kernblechen bekannt, die aus kornorientiertem Blechmaterial bestehen. Um dem unterschiedlichen magnetischen Widerstand von kornorientierten Blechen in Schenkelrichtung und Jochrichtung zu tragen, ist das fugenlose anschließende Joch breiter als das andere Joch bemessen. Die Kernbleche sind innen am Spulenkörper bündig geschichtet, während sie an den Jochseiten abwechselnd mehr oder weniger weit vorspringen.

Die Aufgabe der vorliegenden Aufgabe besteht darin, die gattungsgemäßen UI- bzw. 3UI-Kernbleche (EI-Kernbleche) in der obenerwähnten Weise zu verbessern und zu optimieren, so daß der magnetische Widerstand und die magnetische Ausstreuung vermindert und somit die magnetischen Eigenschaften und der Wirkungsgrad verbessert werden, ohne die bekannten Vorteile aufgeben zu müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein gattungsgemäßes Kernblech mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gegenstand der Unteransprüche sind Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kernbleches.

Die erfindungsgemäßen Kernbleche ermöglichen es, den magnetischen Widerstand und die magnetische Ausstreuung eines mit ihnen hergestellten Eisenkerns zu verbessern. Durch günstigere Wicklungsproportionen kann das Verhältnis von Leistung zu Aufwand verbessert werden.

Die vorliegenden Kernbleche sind auch abfallos herstellbar. Dies wird durch folgende zusätzliche Maßnahmen erreicht, welche auch anderweitig zweckmäßig sein.

Der Abstand h zwischen benachbarten Schenkeln ist gleich der Breite c₂ des trennfugenseitigen Joches. Damit ergibt sich für die UI-Kernbleche ein abfalloser Schnitt dann, wenn außerdem die Länge e jedes Schenkels gleich diesem Abstand h der beiden Schenkel voneinander plus dem 2fachen der Breite f jedes Schenkels ist (h=c₂ und e=h+2f). Der Fensterabfall des U-Teils ergibt hierbei genau das I-Teil.

Diese Proportionierung (mit h=c₂ und e=h+2f) ergibt zwar mit EI-Kernblechen, d. h. mit 3UI-Kernblechen, keinen ganz abfallosen Schnitt, sondern pro EI-Paar den geringen Abfall h · f, das sind knapp 5%. Trotzdem ist diese Proportionierung vorteilhaft, weil damit der dreiphasige EI-Transformator mit den gleichen Spulenkörpern und Wicklungsdaten erstellbar ist wie der UI-Transformator.

Spulenkörper mit einer Brutto-Körperlänge vom 3fachen der Breite f jedes Schenkels sind benutzbar, wenn die Länge e jedes Schenkels gleich der Breite c₁ des fugenlosen anschließenden Joches minus der Breite c₂ des trennfugenseitigen Joches plus dem 3fachen der Breite f jedes Schenkels ist (e=c₁-c₂+3f). Die Proportionierung im Rahmen der üblichen Spielräume und Toleranzen ermöglicht etwa die Benutzung der DIN-UI-Spulenkörper bzw. der DIN-3UI-Spulenkörper.

Besonders günstige Proportionen auf dieser Basis sind gegeben, wenn ganz oben angenähert die Breite c₁ des fugenlos anschließenden Joches das 1,4fache, die Breite c₂ des trennfugenseitigen Joches das 1,2fache und die Länge e jedes Schenkels das 3,2fache der Breite f jedes Schenkels ist (c₁=1,4f und c₂=1,2f und e=3,2f).

Damit ergibt sich ein Brutto-Verhältnis 3 von Wickellänge zu Schenkelbreite, womit die DIN-UI- bzw. DIN-3UI-Spulenkörper benutzbar sind. Zugleich ergibt sich aber das günstigere Brutto-Verhältnis 5 (statt 6) von Wickellänge zu Wickelhöhe und das ebenfalls günstigere Brutto-Verhältnis 0,6 (statt 0,5) von Wickelhöhe zu Schenkelbreite.

Ein abfallos herzustellendes EI-Kernblech mit gleicher Breite f jedes Schenkels ergibt sich, wenn der Abstand h zwischen benachbarten Schenkeln gleich der Breite c₂ des trennfugenseitigen Joches und die Länge e jedes Schenkels gleich diesem Abstand h plus dem 1,5fachen der Breite f jedes Schenkels ist (h=c₂ und e=h+1,5f).

Besonders günstige Proportionen auf dieser Basis sind gegeben, wenn genau oder angenähert die Breite c₁ des fugenlos anschließenden Joches das 1,5fache, die Breite c₂ des trennfugenseitigen Joches das 1,2fache und die Länge e jedes Schenkels das 2,7fache der Breite f jedes Schenkels ist (c₁=1,5f und c₂=1,2f und e=2,7f). Damit ergibt sich das sehr günstige Brutto-Verhältnis 4 von Wickellänge zu Wickelhöhe und das ebenfalls günstige Brutto-Verhältnis 0,6 von Wickelhöhe zu Schenkelbreite; dies zudem mit einem im Grundriß quadratischen Kern.

Diese Proportionierungen der UI- bzw. EI-Kernbleche sind insbesondere deshalb so günstig, weil sich durch die gegenüber dem Schenkel-Querschnitt mit dem Faktor 1/2(c₁+c₂)/f vergrößerten Joch-Querschnitt verbesserte und sogar optimierte magnetische Eigenschaften, Verringerung der Verluste und sehr günstige Leistungs/Preis-Verhältnisse ergeben. Derartige Kerne erfordern sogar geringere Magnetisierungsleistungen als etwa ungeschnittene Bandkerne gleichen Schenkelquerschnittes und Materials. Besonders hohe Verbesserungen ergeben sich für kornorientiertes Material, dessen magnetische Vorzugsrichtung parallel zu den Schenkeln und damit auch parallel zum Joch-I-Teil liegt.

Obwohl schon aus diesen grundsätzlichen Optimierungsgründen diese Proportionen besonders günstig sind, werden damit noch zusätzliche Vorteile ohne eigenen Mehraufwand erzielt:

Erstens wirkt sich in den Jochen die Störung des Kristallgefüges längs der Schnittkanten praktisch nicht mehr aus, indem die Verbreiterung der Joche weit größer als die Breite der Störungszonen ist.

Zweitens wirkt sich der schädliche Einfluß etwaiger Befestigungslöcher praktisch nicht mehr aus, indem auch an den Löchern noch Verbreiterungen von etwa 10% bis 30% gegeben sind.

Drittens ist in einem alternierend wechselseitig geschichteten Kern der Einfluß der Trennfugen stark vermindert, indem - wegen der teilweisen Überlappung der Schenkelenden durch die Nachbarbleche mit der Differenz c₁-c₂ der Jochbreiten - der ungetrennte Eisenquerschnitt das (1/2+1/2(c₁-c₂)/f)-fache des Schenkelquerschnittes ist. Speziell mit Goss-kornorientiertem Material ergibt sich ein sehr starker, zusätzlicher Gewinn, welcher dieses Material überhaupt erst voll zu nutzen gestattet: Über die inneren Jochteile der Breite c₁-c₂, mit der die fugenlos anschließenden Joche innen im Kern breiter als die trennfugenseitigen Joche sind, in welcher aber noch der ganze Schenkelquerschnitt parallel zur Vorzugsrichtung liegt, fließt schon ein Teil des Kraftflusses ab, so daß die kritischen äußeren Jochteile der Breite c₂, in denen der Querschnitt hälftig senkrecht zur Vorzugsrichtung liegt, mit dementsprechend verringerter Felddichte durchflossen werden. Bei hochausgelegten Kernen arbeitet damit das Joch in Bereichen mit effektiv mehrfach höherer Magnetisierbarkeit.

Viertens ergeben Abrundungen der Ecken der I-Teile, deren Radius kleiner als die Differenz c₁-c₂ der Jochbreiten ist, in alternierend-wechselseitig geschichteten Kernen keine magnetische Pfadverengung. Im Gegensatz zu den DIN-UI- und DIN- 3UI-Kernen, bei denen sich durch Abrundungen eine magnetische Pfadverengung ergibt, sind deshalb bei den erfindungsgemäß ausgebildeten Kernblechen Abrundungen der Fensterecken möglich. Derartige Abrundungen (etwa 0,4-m-m-Radius) der Fensterecken und der dazu korrespondierenden I-Teil-Ecken sind aber zur Verlängerung der Werkzeugstandzeit sehr erwünscht.

Vorteilhaft weisen Befestigungslöcher des fugenlos anschließenden Joches den gleichen Abstand k₁ von deren Außenkante auf wie der Abstand k₂ von Befestigungslöchern des trennfugenseitigen Joches von dessen Außenkante, wobei Befestigungslöcher im trennfugenseitigen Joch vorteilhaft auf dessen Längsmittellinie liegen (k₁=k₂=1/2 c₂). Dies ist magnetisch günstig und vermeidet Störungen im Fabrikationsablauf durch Zeitenvertauschungen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eckenständige Befestigungslöcher von den Seitenkanten Abstände k₃ entweder gleich der halben Breite c₂ des trennfugenseitigen Joches oder gleich der halben Breite f jedes Schenkels aufweisen (k₃=1/2 c₂ oder k₃=1/2f). Ersteres erfordert die geringste Magnetisierungsleistung, letzteres ergibt die geringere magnetische Ausstreuung.

In der Zeichnung sind - in Draufsicht - zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei die Innenkante des fugenlos anschließenden Joches eines darunterliegenden, wechselseitig geschichteten Kernbleches gestrichelt angedeutet ist.

Die Ausführungsbeispiele Fig. 1 und Fig. 2 zeigen besonders günstige UI-Kernbleche (Fig. 1) bzw. EI-Kernbleche (Fig. 2), mit zwei bzw. drei Schenkeln 1, 2 oder 3 der gleichen Breite f und mit der Breite c₁ des fugenlos anschließenden Joches 5 größer als der Breite c₂ des trennfugenseitigen Joches 4.

In diesen Ausführungsbeispielen ist konkret: die Breite c₁ des fugenlos anschließenden Joches das 1,4fache der Breite f jedes Schenkels (1,1fc₁2,1f vorzüglich 1,2fc₁1,7f); die Breite c₂ des trennfugenseitigen Joches das 1,2fache der Breite F jedes Schenkels (1,0fc₂1,5f vorzüglich 1,1fc₂1,3f); die Differenz c₁-c₂ der Breiten der Joche das 0,2fache der Breite f jedes Schenkels (0,1fc₁-c₂0,6f vorzüglich 0,1fc₁-c₂0,4f); und der Abstand h eines Schenkels vom nächsten Schenkel gleich der Breite c₂ des trennfugenseitigen Joches. In beiden Ausführungsbeispielen Fig. 1 und Fig. 2 ist die Länge e jeden Fensters sowohl gleich diesem Abstand h plus dem Zweifachen der Breite f jedes Schenkels (e=h+2f) als auch gleich der Differenz c₁-c₂ der Breiten der Joche plus dem Dreifachen der Breite f jedes Schenkels (e=c₁-c₂+3f); konkret ist e=3,2 f.

Das Ausführungsbeispiel Fig. 1 stellt einen abfallos stanzbaren UI-Schnitt dar. Das Ausführungsbeispiel Fig. 2 stellt einen EI-Schnitt dar, welcher zwar nicht ganz abfallos stanzbar ist, aber mit den Schenkeln 1 und 2 bzw. 2 und 3 und den verbindenden Jochteilen 5 bzw. 4 eine dem Ausführungsbeispiel Fig. 1 gleiche UI-Form bildet, so daß gleiche Spulenkörper und gleiche Wickeldaten benutzbar sind. Insbesondere sind die DIN-UI-Spulenkörper benutzbar, wobei vorteilhafterweise eine zusätzliche Wickelhöhen-Reserve (von 0,1f) erhalten wird.

Ein Ausführungsbeispiel für abfallos stanzbare EI-Kernbleche ergibt sich mit Längen e jedes Schenkels, welche gegenüber dem Ausführungsbeispiel Fig. 2 um die Hälfte der Breite f jedes Schenkels verkürzt sind; e=h+1,5f konkret e=2,7f. Ist zudem die Breite c₁ des fugenlos anschließenden Joches 5 gleich dem 1,5fachen der Breite f jedes Schenkels, so ergibt sich ein Ausführungsbeispiel für einen abfallosen EI-Schnitt von quadratischem Grundriß mit besonders günstigem Leistungs/ Preis-Verhältnis. Bei derart abfallosem Stanzen werden immer zwei, paarweise mit den Schenkelenden aneinanderstoßende E- Stücke gestanzt, deren gemeinsame Fenster die I-Stücke bilden.

Die Ausführungsbeispiele Fig. 1 und Fig. 2 zeigen Befestigungslöcher 16, welche von den Außenkanten in den Abständen k₁ bzw. k₂ bzw. k₃ liegen, wobei diese Abstände alle gleich der Hälfte der Breite c₂ des trennfugenseitigen Joches 4 sind (k₁=k₂=k₃=1/2 c₂). Im Ausführungsbeispiel Fig. 2 sind zudem zwei Befestigungslöcher gezeigt, die in diesem gleichen Abstand 1/2 c₂ von den Joch-Außenkanten auf der Längsmittellinie 9 des Mittelschenkels 2 liegen.

Claims

1. Kernblech für Eisenkerne, insbesondere für Transformatoren, aus einer Mehrzahl von geschichteten Kernblechen mit höchstens drei voneinander in Abstand befindlichen parallelen Schenkeln gleicher Länge und zwei deren Enden verbindenden Jochen, wobei zum Einschichten in eine Wicklung zwischen einem Ende jedes Schenkels und dem benachbarten Joch eine Trennfuge vorgesehen ist und die Breite des fugenlos anschließenden Joches größer ist als die des trennfugenseitigen Joches, dadurch gekennzeichnet, daß bei UI-Kernblechen oder EI-Kernblechen, die unter sich gleich breite Schenkel (1, 2 oder 3) aufweisen

a) die Breite c₁) des fugenlos anschließenden Joches (5) mindestens das 1,2fache und höchstens das 1,7fache der Breite (f) jedes Schenkels (1, 2 oder 3) ist (1,2fc₁1,7f) und
b) die Breite (c₂) des trennfugenseitigen Joches (4) mindestens das 1,1fache und höchstens das 1,3fache der Breite (f) jedes Schenkels ist (1,1fc₂1,3f), derart, daß
c) die Breite (c₁) des fugenlos anschließenden Joches (5) minus die Breite (c₂) des trennfugenseitigen Joches (4) mindestens das 0,1fache und höchstens das 0,4fache der Breite (f) des Schenkels (1, 2 oder 3) ist (0,1fc₁-c₂0,4f).

2. Kernblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (h) zwischen benachbarten Schenkeln (1 und 2 bzw. 1 und 3) gleich der Breite (c₂) des trennfugenseitigen Joches (4) ist und daß die Länge (e) jedes Schenkels (1, 2 oder 3) gleich diesem Abstand (h) plus dem 2fachen der Breite (f) jedes Schenkels ist (h=c₂ und e=h+2f).

3. Kernblech nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens angenähert die Länge (e) jedes Schenkels (1, 2 oder 3) gleich der Breite (c₁) des fugenlos anschließenden Joches (5) minus der Breite (c₂) des trennfugenseitigen Joches (4) plus dem 3fachen der Breite (f) jedes Schenkels ist (e=c₁-c₂+3f).

4. Kernblech nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß genau oder angenähert die Breite (c₁) des fugenlos anschließenden Joches (5) das 1,4fache, die Breite (c₂) des trennfugenseitigen Joches (4) das 1,2fache und die Länge (e) jedes Schenkels (1, 2 oder 3) das 3,2fache der Breite (f) jedes Schenkels ist (c₁=1,4f und c₂=1,2f und e=3,2f).

5. Kernblech nach Asnpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (h) zwischen benachbarten Schenkeln (1 und 2 bzw. 2 und 3) gleich der Breite (c₂) des trennfugenseitigen Joches (4) ist und daß die Länge (e) jedes Schenkels (1, 2 oder 3) gleich diesem Abstand (h) plus dem 1,5fachen der Breite (f) jedes Schenkels ist (h=c₂ und e=h+1,5f).

6. Kernblech nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens angenähert die Breite (c₁) des fugenlos anschließenden Joches (5) das 1,5fache, die Breite (c₂) des trennfugenseitigen Joches (4) das 1,2fache und die Länge (e) jedes Schenkels (1, 2 oder 3) das 2,7fache der Breite (f) jedes Schenkels ist (c₁=1,5f und c₂=1,2f und e=2,7f).

7. Kernblech nach Anspruch 1 oder 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Ecken des trennfugenseitigen Joches (4) und die am fugenlos anschließenden Joch (5) liegenden Fensterecken abgerundet sind, wobei der Radius vorzugsweise kleiner ist als die Differenz (c₁-c₂) der Jochbreiten.

8. Kernblech nach Anspruch 1 oder 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungslöcher (16) des fugenlos anschließenden Joches (5) den gleichen Abstand (k₁) von deren Außenkante aufweisen wie der Abstand (k₂) der Befestigungslöcher (16) des trennfugenseitigen Joches (4) von dessen Außenkante, wobei die Befestigungslöcher im trennfugenseitigen Joch auf dessen Längsmittellinie (17) liegen (k₁=k₂=c₂/2).

9. Kernblech nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eckenständigen Befestigungslöcher (16) von den Seitenkanten Abstände (k₃) entweder gleich der halben Breite (c₂) des trennfugenseitigen Joches (4) oder gleich der halben Breite (f) jedes Schenkels (1, 2 oder 3) aufweisen (k₃=c₂/2 oder k₃=f/2).