EP0556939A1 - Transformator- oder Drosselkern für einen Leistungstransformator oder eine Leistungsdrossel - Google Patents

Transformator- oder Drosselkern für einen Leistungstransformator oder eine Leistungsdrossel Download PDF

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EP0556939A1
EP0556939A1 EP93250018A EP93250018A EP0556939A1 EP 0556939 A1 EP0556939 A1 EP 0556939A1 EP 93250018 A EP93250018 A EP 93250018A EP 93250018 A EP93250018 A EP 93250018A EP 0556939 A1 EP0556939 A1 EP 0556939A1
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EP
European Patent Office
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transformer
laminations
sheets
core
layers
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP93250018A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Dipl.-Ing. Bohn
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24Magnetic cores
    • H01F27/245Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented

Definitions

  • the invention relates to a transformer or choke core according to the preamble of claim 1.
  • Such cores are known from WO 91/13450.
  • WO 91/13450 provides that after the windings have been applied to the legs of the core, the yoke plates are no longer individually placed on these legs or fitted into the ends of the leg plates, but instead that both the ends of the legs and those which are layered to form a yoke core Yoke sheets are assembled into sheet packs and are offset in stages so that they mesh with one another when they are joined together. The sheets are arranged differently from layer to layer within the individual laminated cores of the winding support.
  • the yoke and leg bundles of transformers and chokes are usually at least when it comes to large-volume transformers or chokes, i.e. power transformers or power chokes, longitudinally braced by externally acting tie rods and tensioning pads (EP-A1-0 309 690).
  • Such clamping devices are relatively inexpensive and allow the laminated cores to be braced with a precisely defined torque. Specifying such a torque is also important, among other things, in order to keep the inevitable noise development when operating such transformers and chokes low. Experiments determine the torque at which the noise level is the lowest and this torque is then specified for the assembly of all other transformers and chokes of the type in question.
  • the object of the invention is to provide a transformer or choke core according to the preamble of claim 1 for the construction of an extremely low-noise transformer or a low-noise choke, which can be easily manufactured and whose laminated cores can be clamped without it being adhered to specified torques arrives.
  • the invention solves this problem by the characterizing features of claim 1.
  • the use of multi-layer laminated cores in conjunction with the transverse tensioning of the laminated cores provided after the windings have been applied leads to transformers or chokes with extremely low noise during operation.
  • Tests on a certain type of transformer have shown that the noise development is the lowest when the core laminations consist of seven layers of laminated metal sheets; with increasing or decreasing number of layers, the noise of the transformer or choke increases again during operation.
  • the optimum of the core sheet division is differentiated be stored; for each transformer or choke size, the optimal design must therefore be determined by experiment.
  • the pressure plates should protrude beyond the depth of penetration of the interlocking sheets; this ensures that a sufficiently stable transverse tension of the interlocking laminated cores is possible, which largely precludes a relative movement of the laminations after the core has been assembled.
  • the pressure plates can advantageously also be designed as a support bracket for fastening the core; the design of the pressure plates as angles promotes the mechanical fixation of the interlocking laminated cores.
  • the tie rods are encased in an electrically insulating manner in the area of the laminated cores. According to claim 6, this insulation can advantageously be represented by an attached plastic hose.
  • the recesses for the tie rods to be provided in the metal sheets are arranged exclusively or predominantly in the metal sheets of the individual sheet metal layers projecting from the metal sheet packs. Experiments have shown that an optimal bracing of the laminated core is achieved in this way.
  • the drawing shows the structure of a three-legged transformer core in a spatial exploded view.
  • the three legs 1, 2, 3 of the core consist of seven layers of z. B. thirty stacked sheets, of which only the layers 1 to 17 forming the leg 1 are designated in the drawing.
  • the sheets within the individual layers are the same size. Their dimensions correspond to the dimensions of the sheets in the adjacent layers.
  • the adjacent layers are staggered in the longitudinal direction of the sheets, with tooth-shaped structures for the leg ends. These tooth-shaped structures serve to receive, align and fix corresponding tooth-shaped structures of the two yokes 4 and 5 of the magnate core.
  • Each of these yokes is formed from seven layers of sheet metal stacked on top of each other, each with different widths.
  • Each sheet layer contains z. B. 30 sheets.
  • the yoke 4 consists of four layers 41, 43, 45 and 47 narrow sheets and three layers 42, 44 and 46 wider sheets. When assembling the core, the wider sheets harmonize with the recesses between the sheet layers protruding upward from the leg ends.
  • the yoke 5 consists of three layers 52, 54 and 56 of narrow sheets and four layers 51, 53, 55 and 57 of wider sheets. With regard to this yoke, the layers protruding from the legs 1 harmonize with the recesses between the layers 42, 44 and 46 and 51, 53, 55 and 57 of the yokes 4 and 5.
  • one or more legs are provided with one or more windings. This is preferably done by wrapping the pre-assembled legs. It is advantageous to fix the individual sheet metal layers of the legs in a suitable manner against one another, for example by plugging a comb-like structure onto the end faces of the legs or by temporarily tightening the sheet metal layers using screws or the like, which are provided by corresponding recesses 18, 28, 38 of the sheet metal layers to grab.
  • the legs and with them the windings carried by them with their end-like comb-like structures are inserted into the corresponding receptacles of the yokes or the yokes are inserted into the corresponding receptacles of the legs.
  • the mutual fixing of legs and yokes is done by pressure plates 6 to 9 and six tie rods, not shown in the drawing, for transverse bracing of the core.
  • tie rods which can be designed, for example, as screws, penetrate corresponding recesses 61, 71 and 81, 91 of the pressure plates as well as corresponding perforations made in the sheet metal of the yokes and legs, of which in the Drawing only the recesses 18, 28 and 38 can be seen.
  • These recesses are arranged in such a way that they penetrate exclusively or predominantly the sheets of the individual sheet layers protruding from the sheet packs.
  • the pressure plates must be designed to be dimensionally stable. In order to be able to apply sufficient contact pressure, the width of the pressure plates is greater than the penetration depth of the interlocking sheets of the yokes and legs. To stiffen the pressure plates, they are designed as elbows. These angle pieces can advantageously be provided at the same time for fastening the fully assembled transformers or chokes on any supporting body.
  • the tie rods are to be encased in an electrically insulating manner in the area of the sheet metal packs. This can preferably be done by inserting the tie rods into appropriate plastic hoses.
  • the transformer or choke After the transformer or choke has been mounted, it can advantageously be impregnated with a hardening material.
  • a hardening material which can also be designed in particular as a vacuum impregnation process, the impregnation mass penetrates into even the smallest voids between adjacent elements of the core and, after hardening, prevents these elements from vibrating under the influence of the alternating currents flowing in the windings and can therefore cause noise.

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Abstract

Joche (4,5) und Schenkel (1, 2, 3) des Kernes bestehen aus mehrlagigen Blechpaketen. Bei den Jochen sind Bleche unterschiedlicher Breite verwendet, wobei schmalere und breitere Bleche die jeweils aufeinanderfolgenden Blechlagen (41 bis 47) bilden. Die Bleche der Schenkel haben gleiche Abmessungen; ihre Blechlagen (11 bis 17) sind jedoch in Längsrichtung der Bleche versetzt angeordnet. In Querrichtung des Kernes weisen sowohl die Joche als auch die Schenkel kammartige Strukturen auf, über die sie nach dem Aufbringen der Wicklungen zusammengesteckt werden. Das Verspannen der Blechpakete erfolgt über Zugstangen und Druckplatten (5 bis 9) ausschließlich in Querrichtung des Kernes im Bereich der Blechpaketverzahnungen. Mit derartigen Kernen ausgerüstete Transformatoren und Drosseln entwickeln im Betrieb nur sehr geringe Geräusche; die Geräuschentwicklung ist weitgehend unabhängig von den beim Verspannen der Blechpakete aufgebrachten Drehmomenten. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator- oder Drosselkern nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Kerne sind aus der WO 91/13450 bekannt.
  • In dieser Schrift geht es um das Problem der Herstellung von Transformatoren, insbesondere die Probleme, die sich ergeben beim Zusammenfügen einer Vielzahl dünner, spröder Bleche mit rauhen Schnittkanten. Die WO 91/13450 sieht vor, daß die Jochbleche nach dem Aufbringen der Wicklungen auf die Schenkel des Kernes nicht mehr einzeln auf diese Schenkel aufgesetzt oder in die Enden der Schenkelbleche eingepaßt werden, sondern daß stattdessen sowohl die Schenkelenden als auch die zu einem Jochkern geschichteten Jochbleche zu Blechpaketen zusammengefügt und stufig abgesetzt sind, so daß sie beim Zusammenfügen sich verzahnend ineinandergreifen. Innerhalb der einzelnen Blechpakete des Wicklungsträgers sind die Bleche von Lage zu Lage verschieden angeordnet. Durch Verwendung unterschiedlichlanger Bleche und unterschiedlicher Verschachtelung dieser Bleche entstehen Blechlagen mit unterschiedlich langen Schenkeln, die zu einem oder mehreren übereinandergeschichtet den verzahnten Aufbau des Transformatorkerns ermöglichen. Durch die Vorkonfektionierung der einzelnen Blechlagen lassen sich die Fertigungskosten für den Transformator beim Zusammenbau in vertretbaren Grenzen halten. Über die Festlegung des Jochpaketes an den Schenkelpaketen ist in der WO 91/13450 nichts gesagt.
  • Üblicherweise werden die Joch- und Schenkelpakete von Transformatoren und Drosseln mindestens dann, wenn es sich um großvolumige Transformatoren oder Drosseln, also Leistungstransformatoren oder Leistungsdrosseln handelt, durch von außen angreifende Zugstangen und Spannauflagen längsverspannt (EP-A1-0 309 690). Derartige Spannvorrichtungen sind relativ preiswert und gestatten das Verspannen der Blechpakete mit genau festgelegtem Drehmoment. Die Vorgabe eines solchen Drehmomentes ist u. a. auch wichtig, um die unvermeidbare Geräuschentwicklung beim Betrieb derartiger Transformatoren und Drosseln gering zu halten. Durch Versuche wird festgelegt, bei welchen Drehmoment die Geräuschentwicklung am geringsten ist und dieses Drehmoment wird dann für die Montage aller übrigen Transformatoren und Drosseln der betreffenden Bauart vorgegeben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transformator- oder Drosselkern nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 für den Aufbau eines außerordentlich geräuscharmen Transformators bzw. einer geräuscharmen Drossel anzugeben, der sich einfach fertigen läßt und dessen Blechpakete verspannt werden können, ohne daß es dabei auf das Einhalten vorgegebener Drehmomente ankommt.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Durch das Aufeinanderschichten von Blechen gleicher Abmessungen zu Blechlagen und das Stapeln dieser Blechlagen zu Blechpaketen ist ein einfacher, kostensparender Kernaufbau möglich. Die Verwendung von mehrlagigen Blechpaketen in Verbindung mit der nach dem Aufbringen der Wicklungen vorgesehenen Querverspannung der Blechpakete führt zu Transformatoren bzw. Drosseln mit außerordentlich geringer Geräuschentwicklung beim Betrieb. Versuche an einem bestimmten Transformatortyp haben ergeben, daß bei diesem die Geräuschentwicklung am geringsten ist, wenn die Blechpaketen des Kernes aus jeweils sieben Lagen geschichteter Bleche bestehen; mit zunehmender oder abnehmender Anzahl von Lagen wird die Geräuschentwicklung des Transformators bzw. der Drossel im Betrieb wieder größer. Bei unterschiedlichen Kerngrößen wird das Optimum der Kernblechaufteilung differenziert gelagert sein; für jede Transformator- bzw. Drosselgröße ist die optimale Auslegung daher durch Versuche zu ermitteln.
  • Auch kann es notwendig sein, die Eindringtiefe der Schenkel- und Jochkämme ineinander für unterschiedliche Kerngrößen jeweils neu zu optimieren. Versuche haben auch gezeigt, daß bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Transformator oder einer so ausgebildeten Drossel die Geräuschentwicklung in weiten Grenzen unabhängig ist von den Anzugsmomenten beim Querverspannen der Blechpakete. Eine Verminderung der Geräuschentwicklung gegenüber herkömmlichen Transformatoren und Drosseln entsteht auch durch den Fortfall der bislang üblichen Spannauflagen und Zugstangen für die Längsverspannung, die im Betrieb des Transformators oder der Drossel offenbar mitschwangen und damit zur Anhebung des Geräuschpegels des Transformators oder der Drossel im Betrieb führten.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Transformator-/Drosselkernes sind in den Unteransprüchen angegeben. So führt die Anordnung von jeweils gleichviel Blechen innerhalb der einzelnen Lagen gemäß Anspruch 2 zu einer besonders einfachen Montage des erfindungsgemäßen Kernes.
  • Gemäß Anspruch 3 sollen die Druckplatten über die Eindringtiefe der ineinandergreifenden Bleche vorstehen; hierdurch wird erreicht, daß eine ausreichend stabile Querverspannung der ineinandergreifenden Blechpakete möglich ist, die eine Relativbewegung der Bleche nach dem Zusammenbau des Kernes weitgehend ausschließt.
  • Die Druckplatten können gemäß Anspruch 4 in vorteilhafter Weise gleichzeitig auch als Tragwinkel zur Befestigung des Kernes ausgebildet sein; die Ausbildung der Druckplatten als Winkel fördert dabei die mechanische Fixierung der ineinander verzahnten Blechpakete.
  • Um zu vermeiden, daß die die einzelnen Bleche durchdringenden Zugstangen für die Querverspannung des Kernes die Bleche kurzschließen, sind die Zugstangen gemäß Anspruch 5 im Bereich der Blechpakete elektrisch isolierend umhüllt. Gemäß Anspruch 6 kann diese Isolierung vorteilhaft durch einen aufgesetzten Kunststoffschlauch dargestellt sein.
  • Die in den Blechen vorzusehenden Ausnehmungen für die Zugstangen sind gemäß Anspruch 7 ausschließlich oder überwiegend in den aus den Blechpaketen jeweils vorstehenden Blechen der einzelnen Blechlagen angeordnet. Versuche haben gezeigt, daß hierdurch eine optimale Verspannung der Blechpaket erreicht wird.
  • Eine nachträgliche Tränkung gegebenenfalls Vakuumtränkung des mit einer Wicklung oder Wicklungen versehenen Kernes führt gemäß Anspruch 8 in an sich bekannter Weise zu einer weiteren Verminderung der Geräuschentwicklung beim Betrieb des Transformators oder der Drossel.
  • Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt den Aufbau eines dreischenkeligen Transformatorkernes in einer räumlichen Explosionsdarstellung. Die drei Schenkel 1 , 2, 3 des Kernes bestehen aus jeweils sieben Lagen von jeweils z. B. dreißig übereinandergeschichteten Blechen, von denen in der Zeichnung nur die den Schenkel 1 bildenden Lagen 11 bis 17 bezeichnet sind. Die Bleche innerhalb der einzelnen Lagen sind gleichgroß. Ihre Abmessungen entsprechen den Abmessungen der Bleche in den jeweils benachbarten Lagen. Die einander benachbarten Lagen sind jeweils in Längsrichtung der Bleche versetzt angeordnet, wobei sich für die Schenkelenden jeweils zahnförmige Strukturen ergeben. Diese zahnförmigen Strukturen dienen der Aufnahme, Ausrichtung und Fixierung entsprechender zahnförmiger Strukturen der beiden Joche 4 und 5 des Magnatkernes. Jedes dieser Joche wird gebildet aus sieben aufeinandergeschichteten Blechlagen aus jeweils unterschiedlichbreiten Blechen. Jede Blechlage beinhaltet dabei wiederum z. B. 30 Bleche. Das Joch 4 besteht aus vier Lagen 41, 43, 45 und 47 schmaler Bleche und drei Lagen 42, 44 und 46 breiterer Bleche. Die breiteren Bleche harmonieren beim Zusammenbau des Kernes mit den Ausnehmungen zwischen den aus den Schenkelenden nach oben vorstehenden Blechlagen. In entsprechender Weise besteht das Joch 5 aus drei Lagen 52, 54 und 56 schmaler Bleche und vier Lagen 51, 53, 55 und 57 breiterer Bleche. Bezüglich dieses Joches harmonieren die aus den Schenkeln 1 vorstehende Lagen mit den Ausnehmungen zwischen den Lagen 42, 44 und 46 sowie 51, 53, 55 und 57 der Joche 4 und 5.
  • Vor dem Zusammenbau des Kernes werden ein oder mehrere Schenkel mit einer oder mehreren Wicklungen versehen. Dies geschieht vorzugsweise durch Bewickeln der vorkonfektionierten Schenkel. Dabei ist es vorteilhaft, die einzelnen Blechlagen der Schenkel in geeigneter Weise gegeneinander zu fixieren, beispielsweise durch Aufstecken eines kammartigen Gebildes auf die Stirnseiten der Schenkel oder durch vorübergehendes Verspannen der Blechlagen über Schrauben oder ähnliches, die durch entsprechende Ausnehmungen 18, 28, 38 der Blechlagen greifen.
  • Nach dem Aufbringen der Wicklungen auf den oder die Schenkel des Kernes wird dieser schließlich montiert. Hierzu werden die Schenkel und mit ihnen die von ihnen getragenen Wicklungen mit ihren endseitigen kammartigen Gebilden in die entsprechenden Aufnahmen der Joche eingefügt bzw. die Joche werden in die entsprechenden Aufnahmen der Schenkel eingefügt. Die gegenseitige Festlegung von Schenkeln und Jochen geschieht durch Druckplatten 6 bis 9 und sechs in der Zeichnung nicht dargestellte Zugstangen zur Querverspannung des Kernes. Diese Zugstangen, die beispielsweise als Schrauben ausgebildet sein können, durchdringen entsprechende Ausnehmungen 61, 71 bzw. 81, 91 der Druckplatten sowie entsprechende in den Blechen der Joche und Schenkel eingebrachte Lochungen, von denen in der Zeichnung nur die Ausnehmungen 18, 28 und 38 zu sehen sind. Diese Ausnehmungen sind so angeordnet, daß sie ausschließlich oder überwiegend die jeweils aus den Blechpaketen vorstehenden Bleche der einzelnen Blechlagen durchdringen. Die über die Zugstangen und Druckplatten auf die zwischen ihnen befindlichen Blechpakete ausgeübten Kräfte fixieren die Joch- und Schenkelteile zueinander und sorgen dabei dafür, daß die gegebenenfalls nicht von den Zugstangen durchdrungenen schmalen Bleche der Joche sowie die jeweils in den Schenkelenden abgesenkt angeordneten Blechlagen fest verspannt werden. Hierzu müssen die Druckplatten entsprechend formstabil ausgebildet sein. Um genügend Anpreßdruck aufbringen zu können, ist die Breite der Druckplatten größer als die Eindringtiefe der ineinander verzahnten Bleche der Joche und Schenkel. Zur Versteifung der Druckplatten sind diese als Winkelstücke ausgebildet. Diese Winkelstücke können in vorteilhafter Weise gleichzeitig zur Befestigung der fertig montierten Transformatoren oder Drosseln auf einem beliebigen Tragkörper vorgesehen sein.
  • Um zu verhindern, daß die die ineinander verzahnten Blechlagen verspannenden Zugstangen die Bleche kurzschließen, sind die Zugstangen im Bereich der Blechpakte elektrisch isolierend zu umhüllen. Vorzugsweise kann dies durch Einstecken der Zugstangen in entsprechende Kunststoffschläuche geschehen.
  • Nach dem Montieren des Transformators oder der Drossel kann dieser/diese in vorteilhafter Weise noch mit einem aushärtenden Werkstoff getränkt werden. Bei diesem Tränkvorgang, der insbesondere auch als Vakuumtränkvorgang ausgebildet sein kann, dringt die Tränkmasse in auch kleinste Hohlräume zwischen benachbarte Elemente des Kernes und verhindert nach dem Aushärten, daß diese Elemente unter dem Einfluß der in den Wicklungen fließenden Wechselströme schwingen und damit Geräusche verursachen können.
  • Versuche haben ergeben, daß die im Betrieb von Transformatoren und Drosseln auftretenden Geräusche abhängig vom jeweiligen Kerntyp und der Größe des Kerns bei einer bestimmten Anzahl von Blechen je Blechpaket und bei einer bestimmten Eindringtiefe der aus den Blechpaketen gebildeten Verzahnung besonders gering sind; das jeweilige Optimum ist durch Versuche festzulegen. Die Geräusche sind in überraschender Weise weitestgehend unabhängig von den beim Verspannen der Blechpakete aufgewendeten Drehmomenten. Damit ist es möglich, mit nur einer sehr geringen Anzahl unterschiedlich ausgebildeter Bleche in einfacher Weise vorzugsweise großvolumige Transformatoren und Drosseln zu erstellen, deren Geräuschentwicklung sehr viel geringer ist als die herkömmlicher Transformatoren und Drosseln.

Claims (8)

  1. Transformator- oder Drosselkern für einen Leistungstransformator oder eine Leistungsdrossel, dessen/deren Joche und Schenkel durch Blechpakete aus einer Vielzahl geschichteter Bleche gebildet werden, wobei die Blechpakete ihrerseits aus mehreren übereinandergeschichteten Lagen von Blechen bestehen, mindestens zum Teil in Längsrichtung der Bleche wechselweise überstehen und an den Stoßstellen zwischen Jochen und Schenkeln sich verzahnend ineinandergreifen,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Jochbleche gleichlang, aber lagenweise unterschiedlich breit und die Schenkelbleche gleichgroß, aber lagenweise in Längsrichtung gegeneinander versetzt sind und daß die Verspannung der Kerne ausschließlich durch quer zu den Kernquerschnitten angreifende Zugstangen mit aufgesetzten Druckplatten (6 bis 9) erfolgt, welche die Blechpakete im Bereich ihrer Verzahnungen durchdringen.
  2. Transformator- oder Drosselkern nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bleche je Lage von Blechen mindestens annähernd gleichgroß ist.
  3. Transformator- oder Drosselkern nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatten (5 bis 9) über die Eindringtiefe der ineinandergreifenden Bleche (11 bis 17 und 41 bis 47) vorstehen.
  4. Transformator- oder Drosselkern nach Anspruch 1 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatten (5 bis 9) als Tragwinkel zur Befestigung des Transformator- oder Drosselkerns ausgebildet sind.
  5. Transformator- oder Drosselkern nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstangen im Bereich der Blechpakete elektrisch isolierend umhüllt sind.
  6. Transformator- oder Drosselkern nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung durch einen Kunststoffschlauch dargestellt ist.
  7. Transformator- oder Drosselkern nach Anspruch 1, 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstangen auschließlich oder überwiegend die aus den Blechpaketen vorstehenden Bleche der einzelnen Blechlagen (42 bis 44, 46, 11, 13, 15, 17) durchdringen.
  8. Transformator- oder Drosselkern nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Kern nach dem Aufbringen seiner Wicklung/Wicklungen und dem Verspannen mit einem aushärtenden Kunststoff getränkt ist.
EP93250018A 1992-02-21 1993-01-19 Transformator- oder Drosselkern für einen Leistungstransformator oder eine Leistungsdrossel Withdrawn EP0556939A1 (de)

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