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Verfahren zur Herstellung eines lamellierten ferromagnetschen Kerns
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen ringförmigen,
etwa durch radiale, d. h. durch die Achse des Ringes gehende Ebenen und durch wenigstens
eine Querebene in Lamellen unterteilten ferromagnetischen Kerns, insbesondere für
einen Transformator oder eine Drosselspule.
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Ein Manteltransformator dieser Art bietet die Möglichkeit, gegenüber
der vielfach verwendeten Art eines aus E- und I-förmigen Blechen aufgebauten Kernes
eine Ersparung von etwa 17% der erforderlichen Eisenmenge und etwa 8% der erforderlichen
Kupfermenge zu erzielen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Streufeld des
Transformators (oder der Drosselspule) sehr schwach sein kann. Die Herstellung der
keilförmigen Lamellen .stößt aber auf Schwierigkeiten, und der Zweck der Erfindung
ist; ein geeignetes und billiges Herstellungsverfahren für den Kern zu schaffen.
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Nach der Erfindung werden die beiden durch die Querebene getrennten
Kernteile in nur je einem Vorgang in der Weise hergestellt, daß auf ein im wesentlichen
ringförmiges, durch radiale Ebenen in vorzugsweise gegeneinander elektrisch isolierte
Lamellen unterteiltes Zwischenerzeugnis in einer Matrize mittels eines zylindrischen
oder rohrförmigen Stempels geeigneter Form in axialer Richtung
ein
solcher Druck ausgeübt wird, daß die gewünschte Form erzielt wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig.
i . und 2 in zwei Ansichten eine U-förmige Lamelle darstellen, aus denen der Kern
eines nach der Erfindung hergestellten Transformators aufgebaut sein kann; Fig.
3 zeigt den vollständigen Transformator, und die Fig. q. und 5 stellen einige Ausführungsbeispiele
des Verfahrens nach der Erfindung dar.
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Die Ansicht der in den Fig. i und 2 dargestellten U-förmigen Lamelle
i, in Richtung der Schenkel des U (Fig. 2) gesehen, ist keilförmig; der dünnere
der beiden Schenkel hat eine wesentlich größere Breite als der andere Schenkel,
so daß der Materialquerschnitt der Lamelle an jeder Stelle gleich ist. Fig. 3 zeigt
einen Manteltransformator mit einem hohlen, ringförmigen, aus solchen Lamellen zusammengesetzten
Kern, der aus zwei durch eine Querebene, d. h. durch eine flache Ebene (Luftspa.lt
9), senkrecht zur Ringachse getrennten Teilen i i und 13 besteht. Der Teil
i i kann aus gegeneinander isolierten Lamellen entsprechend der Form der Lamelle
i der Fig. i aufgebaut sein; der obere Teil 13 kann aus U-förmigen Lamellen mit
kürzeren Schenkeln der in Fig. i gestrichelt dargestellten Gestalt 15 bestehen.
Die Herstellung zweier Lamellenärten mit verschiedener Schenkellänge bietet den
Vorteil, daß' aus ihnen Kerne mit drei verschiedenen axialen Abmessungen zusammengesetzt
werden können, d. h. die in Fig. 3 dargestellte Art, eine kürzere, ausschließlich
aus Lamellen 15 bestehende Art und eine längere, aus Lamellen i bestehende Art.
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Der aus dem Gebilde zweier Lamellen i und 15 bestehende geschlossene
Magnetkreis hat einen gleichförmigen Querschnitt, so daß auch die magnetische Induktion
(B) überall gleich ist, was bedeutet, daß das Kernmaterial möglichst wirkungsvoll
ausgenutzt ist.
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In der rechten Hälfte der Fig.3 ist ein Sektor von 9o° des Kernes
11, 13 weggelassen, um die Anbringung der Wicklung 17 zu zeigen. Diese Wicklung
ist genau ringförmig, im Gegensatz zu den mehr oder. weniger rechtwinkligen Wicklungen,
die bei Transformatoren mit einem aus E- und I-förmigen Blechen aufgebauten
Kern erforderlich sind. Die Ringform stellt einen wesentlichen Vorteil dar, da diese
Form mit der geringsten Mühe und mit dem günstigsten Kupferfüllfaktor gewickelt
werden kann und hierbei für einen gegebenen Eisenquerschnitt _die mittlere Windungslänge
minimal ist. Da der Kern die Wicklung völlig umgibt, kann die Länge des Magnetkreises
- und daher auch die erforderliche Eisenmenge -möglichst gering sein; das äußere
Streufeld ist auf einen kleinen Bereich in der Nähe des Spaltes q beschränkt.
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An einer Stelle ist ein kleiner Sektor vom Kern 11, 13 zum Durchlaß
der Anschlußzungen ig der Wicklung 17 entfernt. Durch die mittlere Öffnung des Ringkernes
kann ein Bolzen 2 i durchgeführt werden, mittels dessen der Kern in besonders einfacher
Weise ohne.Befestigungsbügel od. dgl. auf einen (nicht dargestellten) plattenförmigen
Träger montiert werden kann.
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Die Fig. q. und 5 sind eine schaubildliche Darstellung eines Achsenschnittes
einer Matrize 23 mit zugehörigem Stempel 25, mittels deren einer der Teile
i i und 13 (oder beide) des hohlen Ringkernes nach Fig.3 hergestellt werden kann.
Zu diesem Zweck wird von einem aus keilförmigen Lamellen 27 zusammengesetzten scheibenförmigen
Zwischenerzeugnis Lamellenpaket 29 ausgegangen, das eine mittlere Öffnung hat und
über einen in diese passenden mittleren Dorn 31 der Matrize 23 geschoben ist. Die
Lamellen 27 können von einem keilförmig gerollten oder gezogenen Eisenstreifen abgeschnitten
sein und werden vorher, z. B. durch Behandlung mit einer Phosphorverbindung (Phosphatieren),
mit einer gegen hohen Druck beständigen. isolierenden Phosphatschicht versehen.
Die Lamellen 27 können in der Matrize selbst oder in einer .Lehre zu einem scheibenförmigen
Lamellenpaket zusammengesetzt werden; in letzterem Falle können die Lamellen z.
B. mit Leim bestrichen werden, um ein Zerfallen des Lamellenpaketes zu verhüten.
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Nach dem Einbringen des Lamellenpaketes 29 wird der Stempel 25 mittels
einer schweren Presse (nicht dargestellt) herabbewegt; der Stempel 25
übt
einen so großen Druck auf das Lamellenpaket aus, daß ein Fließen des Materials (Extrusion)
auftritt. Die Endlage ist in Fig. 5 dargestellt, aus der ersichtlich ist, daß die
Lamellen 27 die in Fig. 2 dargestellte U-förmige Gestalt mit über die ganze Länge
nahezu gleichem Materialquerschnitt erhalten haben.
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Beim Lösen (Herausholen aus der Matrize) der so erhaltenen Kernhälfte
- das dadurch erleichtert werden kann, daß in bekannter Weise die Zylinderflächen
etwas konisch ausgebildet werden und ein als Ausstoßer wirkender loser Boden 33
in der Matrize 23 angebracht wird - müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden;
es muß z. B. ein Klemmband um die Kernhälfte angebracht werden, um ein Zerfallen
in lose Lamellen zu verhüten, da diese genau aneinanderpassen und nicht in einer
anderen Reihenfolge zusammengefügt werden können. Das ringförmige Klemmband kann
in eine passende Aussparung 35 (in Fig. 5 gestrichelt dargestellt) eingelegt werden,
welche längs der Innenwand zwischen der Matrize 23 und einem lösbaren Oberstück
37 derselben vorgesehen ist; das verformte Lamellenpaket 29' gleitet an dieser Aussparung
beim Herausstoßen vorbei. Der hierbei um die Kernhälfte gelegte Klemmring bleibt
weiter in Funktion während der Glühbehandlung des Kernes zur Beseitigung der inneren
Spannungen. GegEbenenfalls kann das Klemmband darauf durch ein etwas weiteres Band
ersetzt werden, um die sodann mit etwas Zwischenraum nebeneinanlerstehenden Lamellen
mit einer Isolierschicht verseher zu können oder um die etwa bereits vorhandenen
Isolierschichten
verstärken zu können. Die einander zugekehrten
Stirnflächen der Kernhälften (ii und 13 in Fig. 3), d. h. die Oberseite des verformten
Lamellenpaketes 29' nach Fig. 5, werden schließlich nachbearbeitet, z. B. flach
(oder konisch) geschliffen, um einen Anschluß der beiden Kernhälften mit einem möglichst
kleinen Luftspalt zu erzielen.
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Die endgültige Form der erhaltenen Lamellen kann diejenige nach Fig.
i sein, obwohl naturgemäß der innere (breitere) Schenkel der U auch kürzer als der
andere sein kann. oder sogar völlig fehlen kann; in diesem Falle fehlt in den Lamellen
der anderen Kernhälfte vorzugsweise der äußere Schenkel, d. h. der Mantel. In allen
Fällen ist der Materialquerschnitt über die ganze Lamellenlänge wenigstens nahezu
gleich.
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Es ist naturgemäß auch möglich, nur eine Kernhälfte nach dem beschriebenen
Verfahren und die andere Kernhälfte auf eine andere Weise herzustellen. Das beschriebene
Verfahren ist auch mit einer Preßform durchführbar, in welcher der Stempel 25 gegenüber
der Matrize fest angeordnet ist in der Lage nach Fig. 5, wobei dann der Matrizenboden
33 einen heraufbewegbaren Stempel darstellt.