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Induktives Schaltelement mit Ringkern Es ist bekannt, daß besonders
gute magnetische Eigenschaften sich mit Eisenkernen erreichen lassen, welche die
Form von Ringkernen haben, beispielsweise aus ringförmig aufgewickeltem Band bestehen.
Bei solchen Kernen fällt nämlich praktisch jeder Luftspalt im Eisenweg fort. Außerdem
kann durch eine geeignete Walz- oder Glühwicklung erreicht werden, daß die magnetische
Durchlässigkeit in Richtung des Kraftschlusses besonders hoch wird. Gewöhnlich sind
derartig hochwertige magnetische Kerne empfindlich hinsichtlich mechanischer Beanspruchung,
so daß es notwendig ist, beim Aufbringen der Wicklung besondere Maßnahmen, zu treffen,
so daß die Wicklung keine mechanischen Druckkräfte auf den Eisenkern ausübt. Induktive
Schaltelemente mit derart hochwertigen Eisenkernen werden insbesondere für mechanische
Stromrichter (Kontaktumformer) benötigt, z. B. in Form von Schaltdrosseln, saugdrosselähnlichen
Transformatoren, aber auch als Hauptumspanner (dies besonders dann, wenn gesteuerte
Entladungsstrecken zur Entlastung der Kontakte von Schaltfeuer dienen). Aber auch
für andere Zwecke der Elektrotechnik, beispielsweise Stromwandler oder auch Umspanner,
bieten Ringkerne zum Teil erhebliche Vorteile.
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Auf der anderen Seite bringt die geschlossene Form des Eisenkernes
gewisse Schwierigkeiten mit sich, die Wicklung in bequemer Weise herzustellen. Je
nach der Leistung wird der Querschnitt der aufzuwickelnden Leiter verschieden groß
sein, so daß auch das Verfahren zum Aufbringen der Wicklung
je nach
dem Leiterquerschnitt verschieden sein wird. Hat der Leiter Drahtform und ist der
Durchmesser des Drahtes nicht zu groß, beispielsweise kleiner als 3 mm, so läßt
er sich in verhältnismäßig einfacher Weise mit besonderen Wickelmaschinen auf den
geschlossenen Bandkern aufwickeln. Derartige Herstellungsverfahren sind seit längerer
Zeit, z. B. für Stromwandler, bekannt.
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Handelt es sich um ein Gerät mit größerer Stromstärke, so werden die
Leiterquerschnitte so groß, daß andereHerstellungsverfahren angewendet werden müssen.
Gemäß der Erfindung ist es bei Drosseln oder Umspannern für größere Leistung für
den Werkstoffaufwand und für das Aufbringen der Wicklung vorteilhaft, dem Ringkern
einen kreisförmigen. Querschnitt zu geben und mindestens eine Wicklung aus Profilmaterial
aufzubauen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Beispiel dargestellt.
Ein ringförmiger Eisenkern i mit kreisförmigem Querschnitt vom Durchmesser 2 r besteht
aus aufgewickeltem Draht oder Eisenband. Der innere Durchmesser des Bandkernes beträgt
D. Auf diesem Bandkern ist eine Wicklung 2 aufgebracht, welche aus einem blechförmigen
Profilmaterial vom Querschnitt a-c besteht. Die einzelnen Blechwindungen können
ausgestanzt und durch Punktschweißen, Löten usw. miteinander verbunden sein. Über
die Wicklung 2 ist eine zweite Wicklung 3 angeordnet mit dem Leiterquerschnitt
b - d. Beide Wicklungen sind voneinander isoliert und können verschiedene
Windungszahlen haben. Eine der Wicklungen, und zwar vorzugsweise die äußere, kann
im Gegensatz zur Zeichnung aus Draht bestehen. Die Wicklungen, beispielsweise die
Wicklung 3, können zur Verringerung der Wirbelströme auch aus Band hergestellt sein,
bei dem die radiale Höhe kleiner als die Dicke ist, und es können mehrere Windungen
(unter Zwischenlage von Isolation) aufeinandergewickelt sein. Nach der weiteren
Erfindung wird die Wicklung aus Profilmaterial auf den fertigen Eisenkern aufgespult.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man das Leiterband durch Walzrollen
laufen läßt, welche das Band auf der einen Seite derart strecken, daß es sich zu
einem Kreis mit dem Durchmesser 2 r aufrollt. Die Walzeinrichtung kann derart neben
den Eisenkern gesetzt werden, daß sich das Band dabei direkt auf den Eisenkern i
aufrollt. Man kann auch zunächst eine Spirale aus dem Leiter aufwickeln und diese
nachträglich dadurch, daß man die Windungen auseinanderspreizt. auf den Eisenkern
gewissermaßen aufschrauben. Letzteres geht nur, wenn der Eisenquerschnitt i nicht
zu groß ist. Unter Umständen ist es vorteilhaft, statt des Rechteckquersehnittes
a - c- (bzw. b - d) einen Trapezquerschnitt zu wählen, derart, daß
die Wicklung innen (Durchmesser D'), wo ihre Windungen am dichtesten zusammenliegen,
eine geringere Dicke aufweist. Die Aufbringung,der Wicklung nach der Erfindung ist
nur möglich bei kreisförmigem Querschnitt des Bandkernes. Dabei ist es nicht erforderlich,
daß der eigentliche Eisenkern die Kreisfläche voll ausfüllt; vielmehr können. zur
Kühlung oder zur einfacheren Herstellung d'esEisenkernes Lücken vorhanden sein,
ähnlich wie man bei Rechteckkernen den Querschnitt des Eisens oder Kreisform aus
Herstellungsgründen mehr oder weniger annähert.
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Drosseln oder Umspanner, welche nach der Erfindung hergestellt sind,
zeichnen sich durch einen gegenüber normalen Umspannern erheblich @ verringerten
Werkstoffaufwand aus, und zwar einmal wegen der Ringform des Eisenkernes und seines
Querschnittes, zum anderen aber wegen des hohen Füllfaktors der Wicklungen aus Profilmaterial.
Man kann die geometrischen Abmessungen, insbesondere D, 2 r, d,
b, derart wählen, daß der Werkstoffaufwand bei .gegebener Leistung und gegebenen
Verlusten ein Minimum wird. Das dazu erforderliche gegenseitige Verhältnis der Abmessungen
läßt sich durch eine Minimumrechnung ermitteln. Man erhält auf diese Weise gegenüber
normalen Umspannern Ersparnisse bis zu 3o'% im Gesamtgewicht. Dabei ist gleichzeitig
der Magnetisierungsstrom der Drossel bzw. des Umspanners besonders klein. Letzte
Eigenschaft ist dann von ausschlaggebender Bedeutung, wenn die induktiven Schaltelemente
für Kontaktumformer normalerweise gesättigt sind, aber auch bei einem Hauptumspanner
für Kontaktumformer mit Primärventilen, bei dem die Entlassung der Kontakte vom
Schaltfeuer durch gesteuerte Entladungsstrecken erfolgt.