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Verfahren zum Aufbringen von Wickelkernen auf Spulen bzw. Wicklungen
von Transformatoren, Drosseln o. dgl. Zum Aufbringen von Wickelkernen auf Spulen
ist es bekannt, das Band in gewöhnlicher Weise von innen nach außen aufzuwickeln.
Diese Herstellungsweise ist sehr umständlich und erfordert viel Zeit. Auch ist sie
nur für weiche Kernwerkstoffe geeignet, nicht aber für Eisen mit Silicium-Nickel-Gehalt
usw., das sehr hart ist und in der Elektrotechnik fast ausschließlich zur Anwendung
gelangt.
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Erfindungsgemäß wird nun insbesondere für solches Eisen vorgeschlagen,
den bandförmigen Werkstoff vor der Aufbringung mit annähernd solchem Durchmesser
zu wickeln, wie er auf die Wicklung zu liegen kommt. Der so vorgewickelte Kern wird
sodann wärmebehandelt. Nach Durchführung seines äußeren Endes durch das Wicklungsfenster
wird darauf die äußerste Kernwindung zu einer Schleife sowie durch einfaches Drehen
derselben bei gesichertem innerem Ende der fertige Kern gebildet. Dadurch, daß das
Metallband in dem vorgewickelten Zustand bereits so gespult war, wie es dem fertigen
Kern entspricht, und in diesem Zustand einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, kommen
beim fertigen Kern die einzelnen Stellen des Kernes in bezug aufeinander annähernd
an die gleichen Stellen zu liegen wie während der Wärmebehandlung. Nachdem das äußere
Ende des vorgewickelten Kernes wieder gelöst und durch das Wicklungsfenster geführt
worden
ist, wird der Kern auf die Wicklung aufgebracht. Die äußere Kernwicklung stellt
hierbei eine Schleife dar, die wiederum arjihrem äußeren Ende verschweißt ist. Durch
Drehen der Schleife findet dann die Uinspulung des Kernes statt, der sich seiner
früheren, der Wärmebehandlung ausgesetzten Form entsprechend von selbst zusammenzieht
und lediglich noch etwas nachgezogen zu werden braucht, um die endgültige Gestalt
zu erhalten.
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Zweckmäßig bringt man den Kernquerschnitt mit der Fenstergröße der
Wicklung in Übereinstimmung. Jedoch ist die Erfindung keineswegs auf solche Anordnungen
beschränkt; selbstverständlich können auch mehrere solcher Kerne der Wicklung bzw.
Spule zugeordnet sein. Auch können diese etwa ineinandergelegten Kerne zwecks Kühlung
einen mehr oder weniger großen Abstand voneinander aufweisen.
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Die Erfindung gibt die Möglichkeit zur Herstellung sog. Wickelkerne
aus dem üblichen harten Werkstoff. Das Verfahren ist außerdem einfach und wirtschaftlich
gut durchführbar. Andererseits wird durch das selbsttätige Zusammenziehen des Kernes
eine Unterbringung auf kleinstem Raum gewährleistet. Der Kern hat einen großen Füllfaktor,
und das Spulenfenster kann entsprechend klein gehalten werden.
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Die Erfindung ist selbstverständlich auch bei Hochfrequenzspulen anwendbar.
Hierbei ist es zweckmäßig, die Blechstärke entsprechend der höheren Frequenz dünner
zu wählen. Statt der gestanzten Bleche, deren magnetische Eigenschaften unter anderem
bei der Herstellung Änderungen unterworfen sind und deren Gefüge nicht immer in
der für die Flußrichtung günstigsten Richtung verläuft, wird nunmehr bandförmiger
Werkstoff verwendet. Dieser Werkstoff hat vorteilhaft einen Siliciumgehalt von etwa
3 % oder mehr, je nach dem Verwendungszweck. Er wird kalt gewalzt und kann
dünner als üblich verwendet werden. Der. Luftspalt zwischen den einzelnen Kerfi-,vindungen
ist nur gering. Verwendet man ferner eine solche Wicklungsanordnung der Spule bzw.
der Spulen, daß ein möglichst kreisförmiger Spulenquerschnitt entsteht und das Spulenfenster
dem Eisenquerschnitt entspricht, so kann man die Anordnung auf kleinstem Raum unterbringen.
Bei der Wärmebehandlung zusammengeklebte Lagen werden beim Umrollen ohne weiteres
wieder getrennt. Auch kann hierbei noch eine dünne Isolierschicht aufgebracht, etwa
aufgespritzt, werden.
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In den Zeichnungen stellt die Abb. i eine Spulenanordnung dar, etwa
eine Drosselspule, auf deren einem Schenkel ein magnetischer Kern aufgebracht werden
soll. Die Abb.2 zeigt einen zylindrischen Eisenkern, der zur @i#,ufbringung auf
diese Spule geeignet ist. `Die Abb. 3 bis 7 geben verschiedene Stufen Aes Herstellungsverfahrens
wieder, während .'ckr vollständig fertiggestellte Kern aus der Abb. 8 hervorgeht.
Die Abb. 9 zeigt die erste Herstellungsstufe eines Magnetkernes auf dem einen Schenkel
einer Transformatorwicklung und Abb. io bei einer abgeänderten Spulenanordnung.
Eine vergrößerte Teilansicht der Anordnung gemäß der Erfindung nach der Abb. 9 gibt
die Abb. i i wieder. Abb. 12 schließlich stellt einen Transformator mit zwei Magnetkernen
dar.
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Gemäß der Abb. i hat die Spule ein vorzugsweise rechteckiges Fenster
i i, und der eine Schenkel dieser Spule ist von einer zylindrischen Isolation 12
umgeben. Einen zu dieser Spule passenden Eisenkern 13 zeigt die Abb. 2. Dieser Kern
besteht aus einem dünnen magnetischen Eisenband, das spiralig aufgewickelt, ist
und dessen äußeres Ende in irgendeiner passenden Weise, etwa durch Schweißung, bei
14 befestigt ist. Dieser Zylinder oder diese Kernspule wird in diesem Zustande sodann
wärmebehandelt. Der innere Durchmesser entspricht hierbei dem äußeren Durchmesser
des Isolierzylinders 12, auf welchem der Kern später aufgebracht werden soll.
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Die Abb. 3 zeigt einen Schnitt durch die Spule nach Abb. i entsprechend
den Linien 3, 3. Gemäß dieser Abbildung besteht der Zylinder 12 aus zwei halbkreisförmigen
Teilen 15 und 16, die durch passende Streifen o. dgl. zusammengehalten sind. Der
Kern 13 ist hierbei über eine Rolle oder einen Dorn 17 gestülpt. Die Schweißung
14 wird sodann gelöst und das Bandende durch das Spulenfenster i i geführt, derart,
daß die äußere Windung nunmehr eine Schleife 18 bildet, deren Ende wiederum bei
i9, etwa durch Schweißung, festgelegt wird. Der Kern 13 wird nun mit der Schleife
i8 gedreht, wodurch das Band von dem Kern 13 abgewickelt und gleichzeitig auf die
Spule io entsprechend der Schleife 18 aufgewickelt wird.
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Die Abb. q. gibt eine weitere Stufe des Verfahrens gemäß der Erfindung
an. gemäß der bereits der halbe Kern umgewickelt ist, und nach der Abb. 5 ist die
Umwicklung bereits vollzogen. Durch weiteres Drehen der Kernschleife legt sich schließlich
die innere Kernwindung um die Spule (s. Abb. 6), worauf dann Rollen 17 und Schweißstelle
i9 entfernt werden und die Anordnung nach der Abb.7 sich ergibt. Anschließend wird
dann die innere Kernwindung an dem Isolierzylinder 12 befestigt und die Windungen
de:; Eisenbandes etwa von Hand um die Spule io
festgezogen, so daß
schließlich die Form 13' des Kernes gemäß Abb. 8 entsteht. Jede einzelne Windung
des Kernes soll hierbei möglichst die gleiche Lage einnehmen wie während der Wärmebehandlung,
wobei der innere und äußere Durchmesser die gleichen wie die der wärmebehandelten
Kerne sind.
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Die Isolation des Kernbandes ist gewöhnlich schon derart, daß sie
unter der Wärmebehandlung nicht leidet. In manchen Fällen ist es jedoch wünschenswert,
noch eine besondere Isolierschicht aufzutragen. Hierzu verwendet man vorteilhaft
eine Chromsilicatlösung, welche die Wärmebehandlung auf jeden Fall übersteht. Die
Auftragung einer solchen Schicht wird zweckmäßig beim Umwickeln des Kernes vorgenommen,
indem sie auf das Band gespritzt wird.
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In der gleichen Weise wie bei der Drosselspule nach den Abb. i bis
8 ist es auch möglich, das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung bei Transformatoren
anzuwenden. In der Abb.9 ist die erste Stufe des Verfahrens bei einem Transformator
dargestellt, dessen Wicklungen aus einer Primärspule 2o und zwei Sekundärspulen
21 und 22 und dem Wicklungsfenster 24 bestehen. Hierbei liegt die Spule 21 außen
und die Spule z2 innen in bezug auf die mittlere Primärspule 20, wie auch in vergrößertem
Maßstabe aus der Abb. i i ersichtlich ist. Die Spulen 20, 21 und 22 sind von einem
Isolierzylinder 32 umgeben. Die Rolle 27 entspricht hierbei dem Dorn 17 gemäß Abb.
3. Eine Rolle 28 ferner ist benachbart auf der Außenseite des Kernes 23 befestigt.
Durch Drehung dieser Rollen 27 und 28 in entgegengesetzter Richtung, wie durch Pfeile
angedeutet, wird die Umwicklung vollzogen. Eine passende Vorrichtung drückt die
Rollen, die mit einer aufgerauhten Oberfläche oder etwa aus Gummi bestehen, gegeneinander.
Zur Erleichterung der Übertragung des bandförmigen Kernes und zwecks Aufrechterhaltung
der durch die Schweißung 26 hergestellten Schleife 25 in der gewünschten Form während
der übertragung dient eine Führungsschiene 29 sowie eine weitere Rolle 30. Hierbei
ruht die Schleife,25 auf einer in der Abb. 9 nicht dargestellten, mit der Zeichnungsfläche.
zusammenfallenden Ebene, etwa auf einem Tisch. Schließlich ist noch eine Rolle 31
vorgesehen, welche den Kern 23 gegen seine untere Auflagefläche drückt.
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An Stelle der Wicklungsanordnung gemäß den Abb. 9 und i i können selbstverständlich
auch die einzelnen Spulen gemäß dem in der Abb. io dargestellten Wicklungsquerschnitt
-angeordnet sein.
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In der Abb. 12 ist ein fertiger Transformator mit zwei Spulen 2o,
21 und 22 und den Kernen 34 und 35 dargestellt worden. Die Breite des Kernes ist
ebenso groß wie die Länge des Fensters 24 der Wicklung, und die beiden Kerne füllen
zweckmäßig das gesamte Fenster aus. Beim Einbau des Transformators innerhalb eines
mit einer Isolierflüssigkeit gefüllten Kessels ordnet man den Transformator vorzugsweise
waagerecht an, so daß die Isolierflüssigkeit frei durch die Räume zwischen den einzelnen
Spulen hindurchstreichen kann.
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Anstatt den Magnetkreis des Transformators in zwei Teile aufzuteilen,
wobei auf jedem Schenkel der Wicklung sich ein Kern befindet, kann auch ein einziger
Magnetkern auf dem einen Schenkel verwendet werden, der derart bemessen ist, daß
er ebenfalls das Wicklungsfenster 24 ausfüllt.
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Eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist nun in der Abb. 13
wiedergegeben. Diese Abbildung zeigt einen Transformator, der aus zwei Primärspulen
5(' ) und zwei Sekundärspulen 57 und 58 sowie zwei Magnetkernen 59 und 6o
besteht. In dieser Abbildung ist der Transformator in der Endphase des Herstellungsverfahrens
dargestellt worden. Er befindet sich in einer Klemmvorrichtung, die aus dem U-förmigen
Rahmen 65 mit der durch das Handrad 69 bedienbaren Spannspindel 68 besteht. Mittels
des Handrades 79 kann der Rahmen lotrecht durch den Tisch 72 und mittels des Handrades
153 waagerecht bewegt werden, so daß eine genaue Einstellung vor Beginn des Verfahrens
möglich ist und der Transformator leicht eingesetzt und wieder herausgenommen werden
kann. Die Rollen 84, 93 (Abb. 14), 86 und 89 (Abb. 15) entsprechen den Rollen 28,
27, 30 und 31 der Abb. 9 und io. Sie werden durch den Motor i 13 angetrieben. Der
Handhebel 107 dient dazu, die Rollen 84 und 93 an die Kernwindungen zu pressen.
Das Einkuppeln des Motors 113 wird mittels des Hebels ii8 besorgt. Beim Übergang
des Verfahrens von dem Zustand nach Abb. 7 zum Zustand nach Abb. 8 werden die Rollen
128 und 129 zum Festdrücken der Windungen benutzt. Sie werden ebenfalls durch den
Motor 113 angetrieben. Ihre Bedienung erfolgt mittels des Handhebels 142.