DE3790165C2 - Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns sowie gewickelter Transformatorkern - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, sowie ein gewickelter Transformatorkern nach Anspruch 10 oder Anspruch 11.

In der DE 37 90 625 T1 mit älterem Zeitrang bzw. der ihr zugrunde liegenden WO 87/03 738 ist ein Transformatorkern ersichtlich, bei dem die Überlappungsabmessung der Überlappungsverbindungen in den Päckchen weder mit zunehmenden Abstand der Päckchen vom Kernfenster nach außen abnimmt, noch die Anzahl der Lamellengruppen in den Päckchen vom Fenster aus nach außen zunimmt.

In der US-PS 29 95 720 ist ein Transformatorkern beschrieben, bei dem die Überlappung der Lamellen von innen nach außen konstant bleibt und auch eine Anordnung der Lamellen in Gruppen und deren Anordnung in Päckchen und somit auch eine Variation der Anzahl der Lamellengruppen in den Päckchen nicht erkennbar ist.

Ein gewickelter Kern ist die typische Konfiguration, die in Transformatoren großen Volumens benutzt wird, wie Verteilertransformatoren, da sie förderlich ist für die mechanisierten Massenproduktionstechniken zur Herstellung. Obwohl eine Ausrüstung entwickelt worden ist, um einen Streifen für einen ferromagnetischen Kern um und durch das Fenster einer vorgeformten, aus vielen Wicklungen bestehenden Spule zu wickeln, um eine Einheit aus Kern und Spule herzustellen, besteht die üblichste Herstellungsprozedur darin, den Kern unabhängig von der vorgeformten Spule (den vorgeformten Spulen) zu wickeln, mit der (denen) er schließlich verbunden wird. Dies bedeutet, daß der Kern mit einer Verbindungsstelle hergestellt werden muß, bei der die Kernlamellen getrennt werden können, um den Kern zu öffnen und ihn in das (die) Spulenfenster einzuführen. Der Kern wird dann geschlossen, um die Verbindungsstelle wiederherzustellen. Dieses Verfahren wird üblicherweise als "Einfädeln" des Kernes in eine Spule bezeichnet. Vom Standpunkt der Betriebswirksamkeit ist es natürlich erwünscht, daß der magnetische Widerstand dieser Kernverbindungsstelle so gering als möglich ist. Darüberhinaus sollte diese Verbindungsstelle des Kernes die Verteilung des durch den Verbindungsbereich strömenden Flusses nicht in unangemessener Weise ändern.

Eine übliche Art gewickelter Kernverbindungsstellen ist die sogenannten Stufen-Stoßverbindungsstelle, bei der die Enden jeder einzelnen Lamelle aneinanderstoßen. Die Lamellen sind somit alle konzentrisch angeordnet. Die Positionen dieser einzelnen Stoßverbindungen sind üblicherweise durch den Kernaufbau hinsichtlich gestaffelt, so daß die Gesamtverbindungsstelle des Kernes das Aussehen einer Flucht von Stufen hat, woher der Ausdruck "Stufe" kommt. Während diese Art von Kernverbindungsstelle gut herzustellen ist, führt sie doch zu relativ hohen Kernverlusten. Da außerdem der Fluß in jeder Lamelle beim Vervollständigen seines eine geschlossene Schleife bildenden Pfades es vorzieht, in benachbarte Lamellen überzuwechseln, statt den einen hohen Widerstand aufweisenden Luftspalt der auf Stoß verbundenen Enden zu überspringen, nimmt die Flußdichte im Verbindungsbereich über die Flußdichte, die sonst im Kern herrscht, hinaus zu. Folglich kann das Kernmaterial im Verbindungsbereich gesättigt werden, da die wirtschaftlichste Art von Kern eine Betriebsflußdichte verlangt, die dem Sättigungsniveau des Kernmaterials dicht benachbart ist, um die erforderliche Menge an Kernmaterial möglichst gering zu halten. Im Falle von amorphen Metallkernen wird die Verbindungskonfiguration ein bedeutender begrenzender Faktor, da das Flußsättigungsniveau von amorphem Metall bei etwa 75% dem von Siliziumeisen liegt.

Eine andere Verbindungskonfiguration, die häufig in gewickelten Kernkonstruktionen benutzt wird, ist eine Stufen-Überlappungsverbindung, bei der die Enden jeder Lamelle miteinander überlappt sind. Auch hier sind die Positionen dieser Überlappungsverbindungen üblicherweise versetzt oder gestaffelt und wiederholen sich in einer treppenstufenartigen Weise. Diese Art von Verbindungskonfiguration führt zu einem zusätzlichen Aufbau des Querschnittes des Kernes im Verbindungsbereich, der als eine Beule in Erscheinung tritt. Um diese Beule zu vermeiden, haben die Hersteller jedesmal, wenn das Stufenmuster der Überlappungsverbindungen wiederholt wurde, ein sogenanntes "kurzes Blech" zum Kernaufbau hinzugefügt. Dieses kurze Blech ist eine Lamelle mit einer Teillänge, dessen eines Ende mit der überlappenden Ende der letzten Lamelle eines Stufenmusters von Überlappungsverbindungen und dessen anderes Ende mit dem überlappenden Ende der ersten Lamelle der nächsten stufenförmigen Überlappungsverbindung zusammenstößt. Die Anwesenheit dieser kurzen Bleche führt zu einer Verdickung des Querschnittes des Restes des gewickelten Kernes, um diesen dem Querschnitt des Verbindungsbereiches anzugleichen. Aufgrund der Anwesenheit dieser Bleche erscheinen die Lamellen als eine kontinuierliche Spirale von der Innen- zur Außenseite des Kernes. Diese Kernform ist auch charakterisiert durch Überlappungsverbindungen einer konstanten Überlappungsdimension durch den ganzen Kern hindurch. Die stufenförmige Überlappungsverbindung ist hinsichtlich der Flußsättigung in ähnlicher Weise beschränkt, wie der Kern mit Stufen-Stoßverbindungen, da der Fluß in den kürzeren Blechen in die benachbarten Lamellen ganzer Länge übergehen muß, um den geschlossenen Schlaufenpfad zu vervollständigen. Dieser Übergangsfluß addiert sich zum bereits in diesen benachbarten Lamellen strömenden Fluß und kann das Kernmaterial im Übergangsbereich in die Sättigung treiben. Ein weiterer Nachteil dieser Stufen-Überlappungsverbindung besteht darin, daß durch die kurzen Bleche zusätzliches Kernmaterial vorhanden ist. Im Falle von Kernen aus amorphem Metall wird dieses zusätzliche Material bereits benötigt, um das geringere Sättigungsniveau, verglichen mit Siliziumeisen, zu kompensieren, so daß ein Stufen-Überlappungsverbindung mit kurzen Blechen aus amorphem Metall merkliche Kostennachteile mit sich bringt, um die geringeren Kernverluste zu erhalten, die dieses Material mit sich bringt.

Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten gewickelten Transformatorkern mit einer Stufen-Überlappungsverbindung zu schaffen, bei der der zusätzliche Aufbau des Kernquerschnittes im Verbindungsbereich minimal gehalten ist und dessen Verbindungsstelle so konfiguriert ist, daß das Sättigungsniveau des Verbindungsbereiches im wesentlichen gleich dem des übrigen Kernes ist.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen eines gewickelten Transformatorkernes der oben genannten Art.

Diese Aufgaben werden durch die eingangs genannten Patentansprüche gelöst.

Im einzelnen wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein verbesserter gewickelter Transformatorkern allgemein rechteckiger Gestalt mit vier miteinander verbundenen Seiten geschaffen, die ein Kernfenster umschreiben. Die Kernseiten umfassen einzeln zusammengefaßte Streifen aus ferromagnetischem Material, die in Päckchen angeordnet sind; jedes Päckchen umfaßt eine vorbestimmte Anzahl von Lamellengruppen, wobei jede dieser Gruppen aus mindestens einem Lamellenstreifen besteht. Jede Lamellengruppe ist so angeordnet, daß die Enden einander unter Bildung einer Überlappungsverbindung überlappen. Innerhalb jedes Päckchens sind diese Überlappungsverbindungen auf dem Umfang derart versetzt, daß sie im wesentlichen mit den Enden der unmittelbar benachbarten Lamellengruppen aneinanderstoßen, um ein Stufen-Überlappungsverbindungs- Muster zu schaffen, das sich innerhalb jedes Lamellenpäckchens wiederholt. Dieses sich wiederholende Stufen-Überlappungsverbindungs-Muster ist in einem Verbindungsbereich angeordnet, der auf eine der Kernseiten beschränkt ist. Um die Menge an Material im Kern wirtschaftlich zu gestalten, sind Lamellen mit Teillängen oder kurze Bleche weggelassen. Der erhaltene zusätzliche Aufbau im Verbindungsbereich wird jedoch dadurch minimal gehalten, daß die Überlappungslänge der Überlappungsverbindungen abnimmt und die Zahl der Lamellengruppen in den Lamellenpäckchen nach außen weiter weg vom Kernfenster zunimmt, derart, daß die Zahl an Lamellenpäckchen, die zum vollständigen Kernaufbau erforderlich ist, vermindert wird. Der Kern ist somit charakterisiert durch Überlappungsverbindungen mit variierenden Überlappungsdimensionen von der Innenseite des Kerns zur Außenseite. Der erhaltene gewickelte Kern ist weniger massig und benötigt weniger Kernmaterial. Der Verbindungsbereich des Kernes hat ein magnetisches Sättigungsniveau, das dem der anderen drei Kernseiten vergleichbar ist.

Um den oben allgemein beschriebenen gewickelten Kern herzustellen, wird ein Streifen aus ferromagnetischem Material, das entweder stark kornorientiertes Siliziumeisen oder amorphes Metall ist, fest um einen Wickeldorn gewickelt, um einen ersten Ring zu bilden. Dieser erste Ring wird dann an einer Stelle längs einer einzelnen Radiallinie unter Schaffung einer Vielzahl einzelner Lamellenstreifen durchschnitten, und die Lamellenstreifen werden dann um einen Dorn geringeren Durchmessers als ihn der erste Wickeldorn hat, fest herumgelegt, um einen zweiten Ring zu bilden. Bei diesem Verfahren werden die Lamellenstreifen in Lamellengruppen angeordnet und die Lamellengruppen in Lamellenpäckchen, um den oben beschriebenen Verbindungsbereich zu schaffen, der aus sich wiederholenden Stufen-Überlappungsverbindungs- Mustern besteht.

Der zweite Ring wird dann in eine rechteckige Gestalt gebracht und geglüht, um den vierseitigen gewickelten Kern nach der vorliegenden Erfindung herzustellen.

Die Erfindung umfaßt demgemäß die Merkmale der Konstruktion eines Gegenstandes sowie die Verfahrensschritte zu dessen Herstellung, die beispielhaft in der folgenden Beschreibung näher erläutert und in den Ansprüchen hinsichtlich des Erfindungsumfanges angegeben sind.

Damit die Natur und die Aufgaben der vorliegenden Erfindung voll zu verstehen sind, wird diese im folgenden detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ringes aus ferromagnetischem Streifenmaterial, das auf einen Wickeldorn gewickelt und unter Schaffung einer Vielzahl einzelner Wicklungslamellen geschnitten ist;

Fig. 1A eine Seitenansicht der in einem Stapel angeordneten geschnittenen Lamellenstreifen;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines einen geringeren Durchmesser aufweisenden Dornes, um den die geschnittenen Lamellen der Fig. 1 gelegt und so angeordnet werden, daß ein zweiter Ring geschaffen wird, der die Stufen- Überlappungskernverbindung der vorliegenden Erfindung enthält;

Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht des Verbindungsbereiches des Ringes der Fig. 2, nachdem man ihn in einen Kern rechteckiger Gestalt umgeformt hat, und

Fig. 4A und 4B Seitenansichten gewickelter Transformatorkerne mit Verbindungskonfigurationen nach dem Stand der Technik.

Bei der Bezugnahme auf entsprechende Teile bei verschiedenen Ansichten in der Zeichnung sind gleiche Bezugsziffern verwendet worden.

Der in Fig. 1 gezeigte gewickelte Transformatorkern nach der vorliegenden Erfindung ist hergestellt durch ein erstes festes Wickeln eines Streifens 10 aus ferromagnetischem Material, das stark kornorientiertes Siliziumeisen, vorzugsweise aber amorphes Metall ist, auf einen Wickeldorn 12 eines Durchmessers 12a zur Schaffung eines ersten Ringes 14. Ein geeignetes amorphes Streifenmaterial wird von der Allied Corporation, Morristown, New Jersey, als METGLAS Typ 2605-S2-Material, vertrieben. Der Ring 14 wird dann an einer dünnen rotierenden Schneidscheibe 16 durchschnitten, um eine Vielzahl separater Lamellenstreifen 18 zu erzeugen, die in einen Stapel fallen, wie er bei 19 in Fig. 1A gezeigt ist. Vorzugsweise wird der Ring 14 vom Dorn 12 abgenommen, bevor er mit der Schneidscheibe 16 getrennt wird.

Die geschnittenen Lamellen 18 werden dann fest um einen in Fig. 2 gezeigten zweiten Dorn 20 gelegt, dessen Durchmesser 20a um einen vorbestimmten Betrag kleiner ist als der Durchmesser 12a des in Fig. 1 gezeigten Dornes 12, um einen zweiten Ring 22 zu schaffen. Dieses Zusammensetzen bzw. Ineinanderschachteln kann manuell oder mittels einer Vorrichtung, die nicht gezeigt ist, erfolgen. Die Endteile jeder Lamelle 18 werden miteinander überlappt, um eine Überlappungsverbindung zu schaffen, die bei 24 gezeigt ist. Darüber hinaus werden die Lamellen in mehreren Päckchen angeordnet, von denen in Fig. 2 drei bei 26 gezeigt sind. Jedes Päckchen schließt eine vorbestimmte Anzahl von Lamellen ein, die derart zueinander angeordnet sind, daß der überlappte Endteil einer Lamelle mit dem unterlappten Endteil der unmittelbar benachbarten darüberliegenden Lamelle aneinander stößt, wie bei 25 gezeigt. Auf diese Weise sind die Lamellen innerhalb jedes Päckchens wirksam Ende am Ende in einer spulen- oder spiralartigen Konfiguration um den Dorn 20 herum angeordnet. Das Ergebnis ist, daß die Überlappungsverbindungen 24 innerhalb jedes Päckchens 26 winkelmäßig versetzt sind, um ein Treppenstufenmuster zu schaffen, so daß die Reihe von Überlappungsverbindungen innerhalb eines Päckchens als eine Stufen-Überlappungsverbindung bildend angesehen werden kann. Die Lamellen der verschiedenen Päckchen 26 sind derart angeordnet, daß dieses Stufen-Überlappungsverbindungs-Muster innerhalb jedes Päckchens wiederholt wird, wobei es auf einen vorbestimmten Verbindungsbereich 28 begrenzt ist, dessen Grenzen im wesentlichen durch die Linien 28a und 28b gegeben sind.

Der Ring 22 wird dann vom Dorn 20 entfernt und in die allgemein rechteckige Gestalt eines typischen gewickelten Transformatorkernes gebracht, wie er bei 30 in Fig. 3 gezeigt ist, indem man eine übliche, nicht dargestellte, Einrichtung dafür benutzt. Nicht gezeigte Glühplatten werden an den Kern angelegt, und dann wird er in einem geeigneten Ofen auf eine Temperatur von etwa 360°C für etwa zwei Stunden erhitzt, während man ihn in Gegenwart ein Stickstoffgasatmosphäre einem Magnetfeld aussetzt. Das Glühen beseitigt Spannungen in dem Kernmaterial, einschließlich solcher, die durch das Wickeln, Schneiden, Anordnen und Zusammensetzen der Lamellen sowie das Umformen des Kernes eingeführt worden sind.

Nach dem Glühen werden die Stufen-Überlappungsverbindungen im Verbindungsbereich 28, der, wie in Fig. 3 ersichtlich, auf eine der vier Seiten des Kernes 30 beschränkt ist, getrennt, um den Kern zu öffnen und seine Einführung in das Fenster einer nicht gezeigten, vorgeformten Spule zu gestatten. Die Stufen-Überlappungsverbindungen werden dann wieder geschlossen. Das Öffnen, Einführen und Wiederschließen wird häufig als Einfädeln des Kernes in die Spule oder Spulen bezeichnet.

In Fig. 3 ist der Verbindungsbereich 28 des Kernes 22 der Fig. 2 vergrößert dargestellt. Man kann auf diese Weise die Anordnung der Lamellen 18 in Päckchen besser erkennen. Obwohl beim dargestellten Kern 30 nur drei Lamellenpäckchen 26a, 26b und 26c gezeigt sind, ist die Zahl der Päckchen in der Praxis tatsächlich größer. In Fig. 3 ist auch das Überlappen der Endteile jeder Lamelle unter Bildung einzelner Überlappungsverbindungen 24 und das Aneinanderstoßen der Enden benachbarter Lamellen innerhalb jedes Päckchens bei 25 besser zu erkennen. Das Ausmaß des Überlappens der Lamellenenden ist durch den Unterschied bei den Durchmessern der Dorne 12 (Fig. 1) und 20 (Fig. 2) und die relativen Raumfaktoren der Ringe 14 und 22 bestimmt. Der Raumfaktor ist, wie dem Fachmann bekannt, hauptsächlich eine Funktion der Festigkeit, mit der der Streifen 10 unter Bildung des Ringes 14 gewickelt wird, der Festigkeit mit der die Lamellen 18 um den Dorn 20 zur Bildung des Ringes 22 gelegt werden, der Oberflächenglätte des Streifens 10 und der Gleichmäßigkeit der Dicke des Streifens von einer Seitenkante zur anderen. Der Übergang von Päckchen zu Päckchen ist charakterisiert durch die Anwesenheit eines Paares von Hohlräumen 32, von denen sich eines am rückwärtigen Ende der äußersten Lamelle eines Päckchens und der andere am vorderen Ende der innersten Lamelle des unmittelbar benachbarten, darüberliegenden Päckchens befindet. Normalerweise werden diese Hohlräume durch Einbeziehung einer Lamelle mit geringerer Länge oder eines kurzen Bleches bei jedem Übergang von Päckchen zu Päckchen beseitigt. Wie im Zusammenhang mit der Fig. 4A noch erläutert wird, verursacht die Anwesenheit dieser kurzen Bleche eine unerwünschte Zunahme in der Flußdichte innerhalb des Übergangsbereiches 28, so daß die kurzen Bleche bei dem Kern 30 der vorliegenden Erfindung weggelassen sind.

In Fig. 3 ist weiter ersichtlich, daß aufgrund der Überlappungsverbindungen 24 an den Enden der Lamellen ein zusätzlicher Aufbau beim Querschnitt des Kernes in der Seite stattfindet, die den Übergangsbereich 28 einschließt, verglichen mit den anderen drei Seiten. Dieser zusätzliche Aufbau erhöht die Masse des Kernes und repräsentiert zusätzliches Kernmaterial und damit verbunden zusätzliche Kosten. Während eine Zunahme des Kernquerschnittes im Verbindungsbereich, bei dem Überlappungsverbindungen ohne kurze Bleche benutzt werden, nicht vermeidbar ist, ist es eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diesen größeren Querschnitt im Verbindungsbereich mit Bezug auf den Querschnitt der drei anderen Kernseiten möglichst gering zu halten. Es ist ersichtlich, daß jedes Päckchen zu diesem zusätzlichen Aufbau im Verbindungsbereich um einen Betrag beiträgt, der gleich der Dicke einer Lamelle 18 ist. In der Darstellung der Fig. 3 beträgt daher der zusätzliche Aufbau des Verbindungsbereiches gegenüber dem der anderen drei Kernseiten die Dicke von drei Lamellen 18. Um diesen zusätzlichen Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung möglichst gering zu halten, wird eine geringere Anzahl von Lamellenpäckchen beim Vervollständigen des Kernaufbaus benutzt. Dies erreicht man dadurch, daß man die Zahl der Lamellen 18 in den Päckchen, deren Position vom Kernfenster 30a weiter entfernt ist, erhöht. Wie in Fig. 3 ersichtlich, weist das Lamellenpäckchen 26a fünf, das Lamellenpäckchen 26b sechs und das Lamellenpäckchen 26c sieben Lamellen auf. Die Einbeziehung einer größeren Anzahl von Lamellen in den äußeren Päckchen wird möglich, weil der Übergangsbereich 28 eine Schlüsselkonfiguration aufweisen kann, d. h. die Länge des Übergangsbereiches kann vergrößert werden, während er sich vom Fenster 30a nach außen bewegt, ohne mit den Eckbereichen in Konflikt zu kommen. Durch den zusätzlichen Aufbau im Übergangsbereich nimmt auch das Ausmaß der Überlappung der Endteile der Lamellen, d. h. die Überlappungsdimension der Überlappungsverbindungen 24 fortschreitend vom innersten zum äußerrsten Päckchen hin ab, wobei angenommen wird, daß die Raumfaktoren der Ringe 14 und 22 im wesentlichen gleich sind. In dieser Beziehung wird der Durchmesser des kleineren Dornes 20 (Fig. 2) bezüglich des Durchmessers des größeren Wickeldornes (Fig. 1) derart ausgewählt, daß eine minimale Überlappungsdimension der Überlappungsverbindungen im äußersten Päckchen im Bereich von etwa 7,5 bis 12,5 mm erhalten wird. Die Anzahl der Päckchen, die benutzt wird, wählt man derart aus, daß die maximale Überlappungsdimension der Überlappungsverbindungen im innersten Päckchen im Bereich von 12,5 bis 22,5 mm zu halten sind.

In der Praxis mag es nicht möglich sein, die Zunahme der Zahl der Lamellen pro Päckchen in gleichförmiger Progression von Päckchen zu Päckchen vorzunehmen, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht ist. D. h. die Zunahme der Lamellen pro Päckchen kann bei jedem nächsten oder jedem dritten Päckchen erfolgen, während der Kern vom Kernfenster aus nach außen aufgebaut wird.

Wie oben angegeben, ist es bevorzugt, daß der Kern 30 aus amorphem, ferromagnetischem Material gebildet ist. Amorphes Material in Streifenform ist derzeit nur in einer sehr geringen Dicke, nominal 0,025 mm, herstellbar. Streifen aus Siliziumeisen dagegen, die zum Wickeln von Transformatorkernen benutzt werden, liegen üblicherweise mit ihrer Dicke im Bereich von etwa 0,175 bis 0,3 mm (7 bis 12/1000 Zoll). Darüber hinaus ist das Streifenmaterial aus amorphem Metall sehr spröde und muß außerordentlich sorgfältig behandelt werden, um ein Splittern und Brechen während der Herstellung des Kernes zu verhindern. Folglich werden Streifen aus amorphem Material am besten in Gruppen gehandhabt. Die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Lamellen 18 sind daher jeweils aus Gruppen von 5 bis 30, vorzugsweise von 10 bis 20 amorphen Metallstreifen oder Lamellen zusammengesetzt, wie bei 18a in Fig. 3 gezeigt. Wenn der Kern 30 mit dem dickeren Streifen aus Siliziumeisen gewickelt wid, dann würde jede Lamelle 18 der Zeichnung üblicherweise nur aus einem einzelnen Streifen bestehen, obwohl auch mehrere solcher Streifen zusammengefaßt werden könnten, um jede dargestellte Lamelle zu bilden.

Um den von der vorliegenden Erfindung erhältlichen Nutzen zu veranschaulichen, soweit es die Flußdichte im Verbindungsbereich betrifft, wird auf die Fig. 4A und 4B Bezug genommen. Die Fig. 4A zeigt einen Kern 40, der mit einer Stufen-Überlappungsverbindung, die allgemein bei 42 gezeigt ist, hergestelt ist, wobei eine Lamelle kürzerer Länge oder ein kurzes Blech 44 bei jedem Übergang von Päckchen zu Päckchen benutzt wird. Es ist ersichtlich, daß durch die Einbeziehung dieser kurzen Bleche der Querschnitt oder Aufbau des Kernes 40 durchgehend gleichförmig ist. Die Lamelle 46 ist eine kontinuierliche Spirale, die von der Innenseite bis zur Außenseite des Kernes 40 geht. Darüber hinaus sind die einzelnen Lamellen 46 voller Länge zusammen mit den kurzen Blechen 44 in einer zusammenhängenden Spirale durch den gesamten Kernaufbau hindurch angeordnet. Hinsichtlich des in diesen kurzen Blechen strömenden Flusses ist darauf hinzuweisen, daß dieser Fluß auf die benachbarten Lamellen 46 voller Länge übergehen muß, um seinen geschlossenen Pfad zwischen den weitgetrennten Enden der kurzen Bleche zu vervollständigen. Dieser Kurzblechfluß trägt daher zusätzlich zum normalen Fluß in diesen benachbarten Lamellen bei, was die Flußdichte in den Teilen dieser Lamellen im Verbindungsbereich erhöht. Arbeitet der Kern nahe der Sättigungsflußdichte des Kernmaterials, wie dies vom Wirtschaftlichkeitsstandpunkt aus erwünscht ist, dann verursacht der zusätzlich übergehende Fluß eine Sättigung des Kernmaterials im Verbindungsbereich. Hat z. B. ein Kern 40 sieben Lamellen sowie ein kurzes Blech in jedem Päckchen 48, dann wird die Flußdichte im Verbindungsbereich um den Faktor 1/7 oder 14% erhöht. Dies ergibt ersichtlich eine deutliche Beschränkung hinsichtlich des zulässigen Induktionsniveaus des Kernes, um eine Sättigung des Kernmaterials im Verbindungsbereich zu vermeiden. Diese Situation wird noch verschlimmert, wenn als Kernmaterial amorphes Metall statt Siliziumeisen benutzt wird, da, wie bereits erwähnt, das amorphe Metall ein um 25% geringeres Flußsättigungsniveau aufweist.

Die gleiche Situation tritt beim Kern 50 der Fig. 4B auf, der, wie dargestellt, mit einer Stufen-Stoßverbindungsstelle, wie sie allgemein bei 52 gezeigt ist, hergestellt ist. Die Lamellen 54 sind konzentrisch angeordnet, wobei die beiden Enden jeder Lamelle aneinanderstoßen. Der in jeder Lamelle strömende Fluß geht in die damit überlappenden benachbarten Lamellen über, da dies üblicherweise einen Pfad geringeren Widerstandes bildet, als er bei dem unvermeidbaren Luftspalt in der Stoßverbindungsstelle vorhanden ist. Dieser übergehende Fluß erhöht die Flußdichte im Verbindungsbereich in der gleichen Weise und im wesentlichen zum gleichen Grade, wie dies beim Kern 40 nach Fig. 4A der Fall ist.

Wie in Fig. 3 ersichtlich, gibt es beim Verbindungsbereich 28 des Kernes 30 keinen übergehenden Fluß, der die Flußdichte in dem Bereich 28 erhöhen könnte. Der in jeder Lamelle 18 strömende Fluß vervollständigt seinen Pfad einfach, in dem er durch die einen geringen Widerstand aufweisende Überlappungsverbindung 24, die die beiden Enden der Lamelle verbindet, strömt, so daß es für ihn keine Neigung gibt, in benachbarte Lamellen überzugehen. Der Kern 30 nach der vorliegenden Erfindung kann daher bei Flußdichten betrieben werden, die sich dem Sättigungsniveau des Kernmaterials nähern, ohne daß die Sättigung des Verbindungsbereiches befürchtet werden muß. Es wird somit eine wirtschaftlichere Kernkonstruktion geschaffen, da weniger Kernmaterial erforderlich ist, um bei den optimalen Niveaus der magnetischen Induktion zu arbeiten.

Die folgende Tabelle veranschaulicht weitere Vorteile (beruhend auf tatsächlichen Testergebnissen unter Verwendung von Modellkernen) der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Verminderung des Kernverlustes (C/L) in Watt/kg und der Anregungsenergie (E/P) in VA/kg bei verschiedenen Stärken der magnetischen Induktion in Tesla (T) sowohl für Siliziumeisen (SiFe) - als auch für Kerne aus amorphem Metall (AM). Die verschiedenen Werte des Kernverlustes und der Anregungsenergie mit einer Stufen-Überlappungsverbindung und kurzen Blechen, z. B. beim Kern 40 der Fig. 4A und für einen Kern mit einer Stufen-Stoßverbindung, z. B. dem Kern 50 der Fig. 4B sind ausgedrückt in Einheiten der entsprechenden Werte für den Kern 30 (Fig. 3) nach der vorliegenden Erfindung.

Wie dieser Tabelle zu entnehmen ist, ergeben die Verbindungskonfigurationen der Kerne 40 und 50 beständig höhere Werte für den Kernverlust und die Anregungsenergie bei den angegebenen Induktionswerten, verglichen mit der Verbindungskonfiguration des Kernes 30. Letzterer bietet somit eine große Verbesserung in diesen sehr wichtigen Werten.

Somit ist klar, daß die Aufgaben der vorliegenden Erfindung, wie sie oben angegeben sind, wirksam gelöst werden.

Claims (15)

1. Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns mit den folgenden Stufen:

• (a) Schaffen eines Streifens aus ferromagnetischem Metallmaterial;
• (b) Durchschneiden dieses Streifens unter Bilden einer Vielzahl separater Lamellen;
• (c) Zusammensetzen dieser Lamellen zu Lamellengruppen und Wickeln um einen Dorn, wobei die erste Lamellengruppe um den Dorn benachbart dessen Oberfläche und jede nachfolgende Lamellengruppe um die unmittelbar vorhergehende Lamellengruppe gewickelt wird, um einen Ring fortschreitend zunehmenden Durchmessers zu bilden,
• (d) unter Anordnen der Lamellengruppen derart, daß die Enden jeder der Lamellengruppen miteinander eine Überlappungsverbindung bilden und die Enden jeder Lamellengruppe im wesentlichen mit den Enden der unmittelbar benachbarten Lamellengruppe zusammenstoßen, wodurch jede der Überlappungsverbindungen der benachbarten Lamellengruppen winkelmäßig zueinander versetzt ist, wobei eine Vielzahl benachbarter Lamellengruppen ein Lamellenpäckchen bildet und eine Vielzahl solcher Lamellenpäckchen den Ring bildet;
• (e) wobei die Überlappungsverbindungen des ersten Lamellenpäckchens, das während des Zusammensetzens gebildet wird, zwischen einer ersten und einer zweiten Winkelposition auf dem Ring verteilt sind, die die Grenzen eines Verbindungsbereiches definieren,
• (f) Anordnen der Überlappungsverbindungen jedes nachfolgenden Lamellenpäckchens derart, daß die aufeinanderfolgenden Überlappungsverbindungen der Lamellenpäckchen über den genannten Verbindungsbereich verteilt sind;
• (g) wobei die Querschnittsfläche des Verbindungsbereiches größer ist als die gleichförmige Querschnittsfläche des übrigen Ringes und
• (h) wobei das Ausmaß der Überlappung der Enden der Lamellengruppen allgemein von Lamellenpäckchen zu Lamellenpäckchen, wie sie auf dem Dorn zusammengesetzt sind, abnimmt.

2. Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns mit den folgenden Stufen:

• (a) Schaffen eines Streifens aus ferromagnetischem Metallmaterial;
• (b) Durchschneiden dieses Streifens unter Bilden einer Vielzahl separater Lamellen;
• (c) Zusammensetzen dieser Lamellen zu Lamellengruppen und Wickeln um einen Dorn, wobei die erste Lamellengruppe um den Dorn benachbart dessen Oberfläche und jede nachfolgende Lamellengruppe um die unmittelbar vorhergehende Lamellengruppe gewickelt wird, um einen Ring fortschreitend zunehmenden Durchmessers zu bilden,
• (d) unter Anordnen der Lamellengruppen derart, daß die Enden jeder der Lamellengruppen miteinander eine Überlappungsverbindung bilden und die Enden jeder Lamellengruppe im wesentlichen mit den Enden der unmittelbar benachbarten Lamellengruppe zusasmmenstoßen, wodurch jede der Überlappungsverbindungen der benachbarten Lamellengruppen winkelmäßig zueinander versetzt ist, wobei eine Vielzahl benachbarter Lamellengruppen ein Lamellenpäckchen bildet und eine Vielzahl solcher Lamellenpäckchen den Ring bildet;
• (e) wobei die Überlappungsverbindungen des ersten Lamellenpäckchens, das während des Zusammensetzens gebildet wird, zwischen einer ersten und einer zweiten Winkelposition auf dem Ring verteilt sind, die die Grenzen eines Verbindungsbereiches definieren.
• (f) Anordnen der Überlappungsverbindungen jedes nachfolgenden Lamellenpäckchens derart, daß die aufeinanderfolgenden Überlappungsverbindungen der Lamellenpäckchen über den genannten Verbindungsbereich verteilt sind;
• (g) wobei die Querschnittsfläche des Verbindungsbereiches größer ist als die gleichförmige Querschnittsfläche des übrigen Ringes und
• (h) wobei die Zahl der Lamellengruppen pro Päckchen vom ersten zusammengesetzten Lamellenpäckchen zu den später zusammengesetzten Päckchen zunimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin

• (a) der Streifen aus ferromagnetischen Material um einen ersten, allgemeinen zylindrischen Dorn mit einem ersten Durchmesser gewickelt wird, wobei ein erster Ring gebildet wird;
• (b) dieser erste Ring entlang einer radialen Linie durchgeschnitten wird, wobei man die Vielzahl separater Lamellen erhält, und
• (c) diese Lamellen in Lamellengruppen um einen zweiten, allgemein zylindrischen Dorn mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner als der erste Durchmesser ist, gewickelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiter die Stufe des Formens des Ringes zu einem allgemein rechteckigen Kern einschließt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in der Stufe des Anordnens der Lamellengruppen eine vorbestimmte Minimal-Überlappungsabmessung für die Überlappungsverbindungen zwischen den Lamellengruppen des zuletzt zusammengesetzten Lamellenpäckchens eingehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin diese vorbestimmte minimale Überlappungsabmessung im Bereich von etwa 7,5 bis 12,5 mm liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Überlappungsabmessung der Überlappungsverbindungen in dem zuerst zusammengesetzten Lamellenpäckchen bei einer vorbestimmten Maximalabmessung von etwa 12,5 bis 22,5 mm gehalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Streifen aus amorphem Metall besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe aus 5 bis 30 Lamellen besteht.

10. Gewickelter Transformatorkern allgemein rechteckiger Gestalt mit vier miteinander verbundenen Seiten, die ein Kernfenster umschreiben, wobei die Seiten aus zu Päckchen zusammengefügten Lamellengruppen eines ferromagnetischen metallischen Streifenmaterials bestehen, wobei die Enden jeder Gruppe miteinander eine Überlappungsverbindung bilden und im wesentlichen mit den Enden der unmittelbar benachbarten Gruppen aneinanderstoßen, derart, daß die Gruppen jedes Päckchens spiralförmig angeordnet, die Überlappungsverbindungen jedes Päckchens seitlich zueinander versetzt sind und ein stufenförmiges Muster von Überlappungsverbindungen ergeben, das sich von Päckchen zu Päckchen innerhalb eines Verbindungsbereiches wiederholt, der ausschließlich in einer der Seiten liegt, deren Aufbau dicker ist als der gleichmäßige Aufbau der anderen Seiten, und daß die Überlappungsabmessung der Überlappungsverbindungen in den Päckchen mit zunehmendem Abstand der Päckchen vom Kernfenster nach außen abnimmt.

11. Gewickelter Transformatorkern allgemein rechteckiger Gestalt mit vier miteinander verbundenen Seiten, die ein Kernfenster umschreiben, wobei die Seiten aus zu Päckchen zusammengefügten Lamellengruppen eines ferromagnetischen metallischen Streifenmaterials bestehen, wobei die Enden jeder Gruppe miteinander eine Überlappungsverbindung bilden und im wesentlichen mit den Enden der unmittelbar benachbarten Gruppen aneinanderstoßen, derart, daß die Gruppen jedes Päckchen spiralförmig angeordnet, die Überlappungsverbindungen jedes Päckchen seitlich zueinander versetzt sind und ein stufenförmiges Muster von Überlappungsverbindungen ergeben, das sich von Päckchen zu Päckchen innerhalb eines Verbindungsbereiches wiederholt, der ausschließlich in einer der Seiten liegt, deren Aufbau dicker ist als der gleichmäßige Aufbau der anderen Seiten, und daß die Anzahl der Lamellengruppen in den Päckchen vom Fenster aus nach außen zunimmt.

12. Transformatorkern nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Streifen aus amorphem Metall besteht.

13. Transformatorkern nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe aus 5 bis 30 Lamellen besteht.

14. Transformatorkern nach einem der Ansprüche 10 bis 13, worin die Überlappungsabmessung der Überlappungsverbindungen in dem Päckchen, das am weitesten außerhalb des Fensters liegt, im Bereich von etwa 7,5 bis 12,5 mm liegt.

15. Transformatorkern nach Anspruch 14, worin die Überlappungsabmessung der Überlappungsverbindungen in dem Päckchen, das unmittelbar benachbart dem Fenster liegt, auf etwa 12,5 bis 22,5 mm begrenzt ist.