WO2011039003A1 - Transformatorkern - Google Patents

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WO2011039003A1
WO2011039003A1 PCT/EP2010/062399 EP2010062399W WO2011039003A1 WO 2011039003 A1 WO2011039003 A1 WO 2011039003A1 EP 2010062399 W EP2010062399 W EP 2010062399W WO 2011039003 A1 WO2011039003 A1 WO 2011039003A1
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WO
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transformer
sheet
edges
powder
core
Prior art date
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PCT/EP2010/062399
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Inventor
Michael Ertl
Thomas Hammer
Frank Heinrichsdorff
Jens Dahl Jensen
Ursus KRÜGER
Volkmar LÜTHEN
Oliver Stier
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to KR1020127010822A priority patent/KR101373974B1/ko
Priority to MX2012003763A priority patent/MX2012003763A/es
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    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/02—Cores, Yokes, or armatures made from sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
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    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0233—Manufacturing of magnetic circuits made from sheets

Definitions

  • the invention relates to a method having the features according to the preamble of patent claim 1.
  • Transformer cores usually forms ge ⁇ with transformer plates . Due to the design, it is usually not possible for the sheet edges of the transformer sheets to be at impact, but the sheet edges tend to remain separated from each other by a small air gap. This air gap increases the magnetic resistance of the
  • transformer sheets and thus the magnetic resistance of the resulting transformer core In order to reduce the influence of the air gaps, it is known to use the so-called step-lap layering of the transformer sheets, as can also be seen from the above cited document.
  • the transformer plates are arranged relative to one another such that the air gaps between the plate edges do not lie directly above one another, but are offset from one another.
  • a transformer plate located above or below dodge when he encounters an air gap, thus avoiding an immediate passage of the air gap.
  • the resulting magnetic resistance is thereby reduced compared to air gaps lying one above the other.
  • the invention has for its object to provide a method for producing a transformer core, which can achieve even better properties of the resulting transformer core and thus even better properties of the respective transformer.
  • a significant advantage of the method according to the invention is the fact that the magnetic flux can remain within each transformer sheet, without having to change to a be ⁇ adjacent transformer sheet, because between adjacent sheet edges no air gap is no longer present; because according to the invention, the adjoining sheet metal edges are connected by means of cold gas spraying with a magnetizable material and so filled the still existing air gap. Since the magnetic flux in its jewei ⁇ time transformer sheet can remain and accordingly, not perpendicular to the transformer sheet metal flux component (normal component) occurs, planar electric WIR beiströme in the transformer sheets avoided and the overall electrical losses reduced. The core noise during operation of the transformer redu ⁇ graces, since magnetic forces between the transformer plates are reduced due to the omission of the normal component.
  • the cold gas spraying method makes it possible to fill the gap area between the sheet edges in a very simple and cost-effective manner.
  • the cold gas injection method can be used to produce connecting material with particularly good magnetic properties, which can not be achieved by other methods, for example welding, gluing, soldering or the like.
  • the air gaps can be closed with connecting material which, in the case of a magnetic flux above a tesla, achieves relative permeability numbers in the range between 10 3 and 10 6 .
  • bonding material on the Ba ⁇ sis of crystals, nanoparticles or nanocrystalline materials may be formed.
  • thermal loads on the transformer plates for example in the form of mechanical stresses due to thermal material expansion, can also be avoided or at least minimized.
  • the described method can be used as transformer cores, for example stack cores, cut cores or winding cores for stacked core transformers, cut core transformers or winding core transformers.
  • a stack core is formed as a transformer core by stacking transformer plates on top of each other, it will regarded as advantageous when the adjacent sheet metal edges of the stacked transformer sheets are connected to each other by means of cold ⁇ gas spraying with a magnetizable material.
  • a winding core is formed as the transformer core by bending at least one transformer sheet, then it is considered advantageous if adjacent sheet metal edges of the respective transformer sheet are connected to one another by means of cold gas spraying with a magnetizable material after bending over the at least one transformer sheet.
  • a cold gas spraying system which has a gas heating device for heating a gas.
  • a gas heating device for heating a gas.
  • a Stagna ⁇ tion chamber is connected to the gas heater
  • the output side with a convergent-divergent nozzle preferably a Laval nozzle is connected.
  • Convergent-divergent nozzles have a ⁇ together men securedden part section and a section widening part, which are connected by a nozzle throat.
  • the convergent-divergent nozzle produces the output side a powder jet in the form of a gas stream with particles therein at a high speed, so that the kinetic energy of the particles is sufficient so that they stick to the layer to be ⁇ surface.
  • a powder jet with powders of soft magnetic material on the Interface between the adjacent sheet edges is directed and forms the powder when hitting the sheet edges a connecting the sheet edges soft magnetic material seam.
  • a powder jet is directed with iron-containing powder on the adjacent sheet edges and it is an iron-containing material seam or connecting seam formed.
  • a powder jet with powder particles of nanocrystalline material preferably with a crystal grain size ⁇ 100 nm, or of amorphous material is directed onto the interface.
  • the powder particles preferably have a particle size Zvi ⁇ rule 10 ym and 40 ym and a grain size smaller than 15 nm.
  • an electrically insulating insert is preferably inserted between the two transformer sheets.
  • Such an insert may prevent at ⁇ game example, that the cold gas spraying beam in joining the two plate edges of the overlying sheet meet transformer to the underlying transformer sheet and / or the electrical insulation between the
  • a powder jet with iron- and silicon-containing powder is directed onto the interface.
  • the silicon content is less than 10%.
  • phosphorus-containing iron or one or more phosphorus-containing iron alloys may be used to join the sheet edges.
  • conditions for example in the form of amorphous alloys, are used, for example, amorphous Fe-P material having a Phos ⁇ phoranteil between 5% and 15%, preferably with a Phos ⁇ phoranteil of about 10%.
  • a powder jet with powder of Dynamo ⁇ sheet material can be used;
  • a powder ⁇ material is used, which is identical to the sheet material of the transformer plates to be connected.
  • the transformer sheets form after the bonding of the adjacent plate edges in cross-section, preferably a self-contained contours, for example a ring ⁇ shaped contour.
  • the self-contained contour may play in cross-section be oval, circular, round, quadratic table, rectangular or polygonal in ⁇ . If there are corners in the cross section, these are preferably rounded.
  • the invention also relates to a transformer core with bent transformer plates. According to the invention, provision is made in this connection for adjacent ones to one another
  • Sheet metal edges of at least one of the bent Transformatorble ⁇ che are connected to each other with a magnetizable material.
  • the invention will be explained in more detail with reference toPhilhamspie ⁇ len. This show by way of example
  • FIG. 12 shows a third exemplary embodiment of a method according OF INVENTION ⁇ dung, wherein the transformer core sheets of a stack by means of cold gas fuel ⁇ zen are joined together.
  • FIG. 1 shows a sheet stack 10 which is formed by a multiplicity of transformer laminations, of which four are shown by way of example in FIG. 1 and are identified by the reference numerals 20, 30, 40 and 50.
  • the Trans ⁇ formatorbleche for example, consist of a silicon-iron alloy with soft magnetic properties, ie, for example, from so-called Dynamo plate material.
  • the thickness of the sheet metal plates is for example in loading ⁇ ranging between 200 and 600 ym. In order to achieve an electrical insulation between the transformer plates, these are preferably provided with thin electrical insulation layers, for example, a thickness in the range between 1 and 5 ym.
  • the electrical insulation layers are not shown wei ⁇ ter for reasons of clarity in the figure 1.
  • the sheet stack 10 after the
  • Transformer plates 20, 30, 40 and 50 have each been twice umgebo ⁇ gen.
  • the bending points are identified in FIG. 2 by reference numerals 60 and 70.
  • two coils 80 and 90 which have been pushed onto the sheet stack 10.
  • the on ⁇ push the coils 80 and 90 on the sheet stack 10 can be done before or after the bending of the stack of sheets.
  • FIG. 3 shows the sheet stack 10 after the uppermost one
  • Transformer sheet 20 according to Figure 1 has two times umo ⁇ gen conditions.
  • the bending points are identified by reference numerals 100 and 110.
  • an air gap 23 has remained between the mutually adjoining or opposite sheet metal edges 21 and 22 of the transformer sheet 20.
  • the air gap 23 is created on ⁇ basic manufacturing tolerances matorbleche when bending the transformer and can be technical reasons never fully avoid.
  • the sheet stack 10 is shown after the air gap 23 between the sheet edges 21 and 22 has been closed by means of a cold gas spraying process.
  • a material seam or seam 24 is formed, which - seen in cross-section - previously open contour of the transformer plate 20 closes and generates a closed contour 25.
  • the transformer sheet 30 is also bent along the bending points 100 and 110 so that the structure shown in FIG. 5 results - as seen in cross section.
  • the transfor ⁇ matorblech 30 thus forms, after bending an open contour, which is marked in Figure 5 by the reference numeral 34th
  • Sheet metal edges 31 and 32 by means of cold gas spraying of a magnetizable material to form a connecting seam 35 connected to each other; This shows an example of the figure 6.
  • the now seen in cross section of the closed contour Trans ⁇ formatorbleches 30 is denoted in Figure 6 by the reference numeral 36th
  • FIG. 7 shows how the third transformer sheet 40 has been bent over. Again, between the adjacent plate edges 41 and 42 initially an air gap present, which is identified by the reference numeral 43.
  • the air gap 43 is also closed by means of cold gas spraying of a magnetizable material.
  • the connecting seam formed in this case is identified in FIG. 8 by the reference numeral 44.
  • FIGS. 9 and 10 show also the finished means of cold gas spraying ⁇ transformer core, which is marked with the reference numeral 200th It can be seen that the connecting seams 24, 35, 44 and 54 preferably do not lie directly above one another, but are preferably offset laterally relative to one another.
  • a further exemplary embodiment for producing a transformer core will now be shown with reference to FIG.
  • the insert 300 can be positioned before, during or even after the bending of the sheets in the area of the later or already existing air gaps.
  • the jewei ⁇ celled air gap is closed with a magnetizable material in the context of a cold gas spraying process.
  • the transformer ⁇ sheets 20 to 50 are preferably provided with a thin electrical Insulation layer provided in order to achieve an electrical insulation between the transformer plates. It is this electrical insulation layer could be spraying affected during the cold gas, which is, however, in the embodiment shown in Figure 11 prevented by the provided before each ⁇ IER cold spraying step introduction of the electrically insulating insert 300th
  • FIG. 12 shows an exemplary embodiment for producing a stack core for a stacked core transformer.
  • the stack core is formed by stacking not bent or unbent transformer sheets, Ge of de ⁇ nen in the figure 12 shows for the sake of clarity, only two and are marked by reference numerals 350 and 360th It can be seen that the adjacent sheet edges of the stacked transformer sheets 350 and 360 extend obliquely at an angle of 45 °, so that interim ⁇ rule the edges of an air gap 370, which is also inclined at an angle of 45 ° in the Figure 12 goes up.
  • the air gaps 370 are each closed with a magnetizable material 380 as part of a cold gas spraying process, as has already been explained above in connection with FIGS. 1 to 11 by way of example.
  • inserts can be used in addition as they are exemplified in FIG. 11

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf ein Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns (200). Erfindungsgemäß werden aneinander angrenzende Blechkanten mittels Kaltgasspritzen mit einem magnetisierbaren Material miteinander verbunden. Dadurch kann der magnetische Fluss innerhalb des Transformatorblechs verbleiben, ohne auf ein benachbartes Transformatorblech wechseln zu müssen. Auch lassen sich planare elektrische Wirbelströme in den Transformatorblechen vermeiden und die elektrischen Verluste sowie die Kerngeräusche während des Betriebes des Transformators reduzieren. Durch den Einsatz eines Kaltgasspritzverfahrens lässt sich beispielsweise Verbindungsmaterial auf der Basis von nanokristallinen oder amorphen Stoffen bilden. Vorzugsweise wird nach dem Verbinden der zwei Blechkanten eines der Transformatorbleche und vor dem Verbinden der zwei Blechkanten des nächsten darüber liegenden Transformatorblechs zwischen den beiden Transformatorblechen jeweils eine elektrisch isolierende Einlage (300) vorgesehen. Dadurch lässt sich verhindern, dass der Kaltgasspritzstrahl beim Verbinden der zwei Blechkanten des darüber liegenden Transformatorblechs auf das darunter liegende Transformatorblech trifft.

Description

Beschreibung
Transformatorkern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Wie beispielsweise in der Druckschrift "Leistungstransforma¬ toren 10 bis 100 MVA - der Garant für höchste Qualität und Zuverlässigkeit" der Siemens AG beschrieben ist, werden
Transformatorkerne üblicherweise mit Transformatorblechen ge¬ bildet. Konstruktionsbedingt lässt sich in der Regel nicht erreichen, dass die Blechkanten der Transformatorbleche tat¬ sächlich auf Stoß liegen, vielmehr bleiben die Blechkanten meist durch einen kleinen Luftspalt voneinander getrennt. Dieser Luftspalt erhöht den magnetischen Widerstand der
Transformatorbleche und damit den magnetischen Widerstand des resultierenden Transformatorkerns . Um den Einfluss der Luftspalte zu reduzieren, wird - wie sich der oben genannten Druckschrift ebenfalls entnehmen lässt - bekanntermaßen die so genannte Step-Lap-Schichtung der Transformatorbleche eingesetzt. Bei der Step-Lap-Schichtung werden die Transformatorbleche derart zueinander angeordnet, dass die Luftspalte zwischen den Blechkanten nicht unmittelbar übereinander liegen, sondern versetzt zueinander sind. Durch den Versatz der Luftspalte kann der magnetische Fluss in den Transformatorblechen auf ein unmittelbar benachbartes Transformatorblech, also beispielsweise ein darüber oder darunter befindliches Transformatorblech, ausweichen, wenn er auf einen Luftspalt trifft und so ein unmittelbares Passieren des Luftspaltes vermeiden. Der resultierende magnetische Wider¬ stand wird dadurch, im Vergleich zu übereinander liegenden Luftspalten, reduziert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkernes anzugeben, mit dem sich noch bessere Eigenschaften des resultierenden Transformator- kernes und damit noch bessere Eigenschaften des jeweiligen Transformators erreichen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei der Kernfertigung aneinander angrenzende Blechkanten der Transformator- bleche mittels Kaltgasspritzen mit einem magnetisierbaren Material miteinander verbunden werden.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass der magnetische Fluss innerhalb eines jeden Transformatorblechs verbleiben kann, ohne auf ein be¬ nachbartes Transformatorblech wechseln zu müssen, weil zwischen aneinander angrenzenden Blechkanten kein Luftspalt mehr vorhanden ist; denn erfindungsgemäß werden die aneinander angrenzenden Blechkanten mittels Kaltgasspritzen mit einem mag- netisierbaren Material verbunden und so der noch vorhandene Luftspalt gefüllt. Da der magnetische Fluss in seinem jewei¬ ligen Transformatorblech verbleiben kann und demgemäß keine senkrecht zum Transformatorblech stehende Flusskomponente (Normalkomponente) auftritt, werden planare elektrische Wir- beiströme in den Transformatorblechen vermieden und die elektrischen Verluste insgesamt reduziert. Auch werden die Kerngeräusche während des Betriebes des Transformators redu¬ ziert, da Magnetkräfte zwischen den Transformatorblechen aufgrund des Wegfalls der Normalkomponente reduziert sind. Auch werden Ummagnetisierungsverluste und Magnetostriktion auf¬ grund eines erhöhten magnetischen Flusses vermieden, wie er bei vorbekannten Transformatorkernen im Bereich der Luftspalte durch Flussumlenkung in benachbarte Transformatorble- che auftreten kann; dies ermöglicht es, die Transformatoren höher zu belasten oder bei vorgegebener Nenninduktion kompakter auszuführen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht in dem erfindungsgemäßen Einsatz eines Kaltgasspritzverfahrens . Das Kaltgasspritzverfahren ermöglicht es in sehr einfacher und kostengünstiger Weise, den Spaltbereich zwischen den Blechkanten zu füllen. Darüber hinaus kann mit dem Kaltgas- spritzverfahren Verbindungsmaterial mit besonders guten mag- netischen Eigenschaften hergestellt werden, die sich mit anderen Verfahren, beispielsweise Schweißen, Kleben, Löten oder dergleichen nicht ansatzweise erreichen lassen. So können die Luftspalte beispielsweise mit Verbindungsmaterial geschlossen werden, das bei einem magnetischen Fluss über einem Tesla re- lative Permeabilitätszahlen im Bereich zwischen 103 und 106 erreicht. Beispielsweise kann Verbindungsmaterial auf der Ba¬ sis von Kristallen, Nanoteilchen oder nanokristallinen Stoffen gebildet werden. Auch lassen sich beim Kaltgasspritzen thermische Belastungen der Transformatorbleche, beispiels- weise in Form von mechanischen Spannungen durch thermische Materialausdehnung, vermeiden oder zumindest gering halten.
Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich als Transformatorkerne beispielsweise Stapelkerne, Schnittbandkerne oder Wickelkerne für Stapelkerntransformatoren, Schnittbandkerntransformatoren bzw. Wickelkerntransformatoren bilden.
Wird als Transformatorkern ein Stapelkern gebildet, indem Transformatorbleche aufeinander gestapelt werden, so wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die aneinander angrenzenden Blechkanten der gestapelten Transformatorbleche mittels Kalt¬ gasspritzen mit einem magnetisierbaren Material miteinander verbunden werden.
Wird als Transformatorkern ein Wickelkern gebildet, indem zumindest ein Transformatorblech umgebogen wird, so wird es als vorteilhaft angesehen, wenn nach dem Umbiegen des zumindest einen Transformatorbleches aneinander angrenzende Blechkanten des jeweiligen Transformatorbleches mittels Kaltgasspritzen mit einem magnetisierbaren Material miteinander verbunden werden .
Vorzugsweise wird zum Kaltgasspritzen, welches auch als kine- tisches Spritzen bezeichnet wird, eine Kaltgasspritzanlage verwendet, die eine Gasheizeinrichtung zum Erhitzen eines Gases aufweist. An die Gasheizeinrichtung wird eine Stagna¬ tionskammer angeschlossen, die ausgangsseitig mit einer konvergent-divergenten Düse, vorzugsweise einer Lavaldüse ver- bunden wird. Konvergent-divergente Düsen weisen einen zusam¬ menlaufenden Teilabschnitt sowie einen sich aufweitenden Teilabschnitt auf, die durch einen Düsenhals verbunden sind. Die konvergent-divergente Düse erzeugt ausgangsseitig einen Pulverstrahl in Form eines Gasstroms mit darin befindlichen Partikeln mit hoher Geschwindigkeit, so dass die kinetische Energie der Partikel ausreicht, damit diese auf der zu be¬ schichtenden Oberfläche haften bleiben. Mit einer Kaltgasspritzanlage der beschriebenen Art lässt sich in besonders einfacher Weise magnetisierbares Material auftragen, um die Blechkanten zu verbinden.
Besonders einfach und damit vorteilhaft lässt sich das Ver¬ fahren durchführen, wenn beim Kaltgasspritzen ein Pulverstrahl mit Pulver aus weichmagnetischem Material auf die Schnittstelle zwischen den aneinander angrenzenden Blechkanten gerichtet wird und das Pulver beim Auftreffen auf den Blechkanten eine die Blechkanten verbindende weichmagnetische Materialnaht bildet. Bevorzugt wird ein Pulverstrahl mit eisenhaltigem Pulver auf die aneinander angrenzenden Blechkanten gerichtet und es wird eine eisenhaltige Materialnaht bzw. Verbindungsnaht gebildet.
Besonders gute Verbindungen lassen sich erreichen, wenn ein Pulverstrahl mit Pulverteilchen aus nanokristallinem Material, vorzugsweise mit einer Kristallkorngröße < 100 nm, oder aus amorphem Material auf die Schnittstelle gerichtet wird. Bevorzugt haben die Pulverteilchen eine Partikelgröße zwi¬ schen 10 ym und 40 ym und eine Korngröße kleiner als 15 nm.
Nach dem Verbinden der zwei Blechkanten eines der Transformatorbleche und vor dem Verbinden der zwei Blechkanten des nächsten darüber liegenden Transformatorblechs wird zwischen den beiden Transformatorblechen vorzugsweise eine elektrisch isolierende Einlage eingefügt. Eine solche Einlage kann bei¬ spielsweise verhindern, dass der Kaltgasspritzstrahl beim Verbinden der zwei Blechkanten des darüber liegenden Transformatorblechs auf das darunter liegende Transformatorblech treffen und/oder die elektrische Isolation zwischen den
Transformatorblechen zerstören kann.
Mit Blick auf die magnetischen Eigenschaften der Verbindung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn ein Pulverstrahl mit eisen- und siliziumhaltigem Pulver auf die Schnittstelle ge- richtet wird. Vorzugsweise ist der Siliziumgehalt kleiner als 10%.
Auch können zum Verbinden der Blechkanten phosphorhaltiges Eisen oder eine oder mehrere phosphorhaltige Eisenlegierun- gen, beispielsweise in Form amorpher Legierungen, eingesetzt werden, beispielsweise amorphes Fe-P-Material mit einem Phos¬ phoranteil zwischen 5% und 15%, vorzugsweise mit einem Phos¬ phoranteil von ca. 10 %.
Zum Herstellen einer Verbindungsnaht zwischen den Blechkanten kann beispielsweise ein Pulverstrahl mit Pulver aus Dynamo¬ blechmaterial verwendet werden; beispielsweise wird ein Pul¬ vermaterial verwendet, das mit dem Blechmaterial der zu ver- bindenden Transformatorbleche identisch ist.
Besonders gut zu verarbeiten sind jedoch Fe-Si-B-Nb-Cu-hal- tige, Fe-B-Cu-haltige und (Fe, Co) -B-Cu-haltige Legierungen, so dass es als besonders vorteilhaft angesehen wird, wenn ein Pulverstrahl mit nanokristallinem Pulver, das eine oder mehrere der genannten Legierungen zumindest auch aufweist, auf die Schnittstelle gerichtet wird. Diese Materialien reduzie¬ ren besonders effizient die Magnetostriktion. Die Transformatorbleche bilden nach dem Verbinden der aneinander angrenzenden Blechkanten im Querschnitt vorzugsweise eine in sich geschlossene Kontur, beispielsweise eine ring¬ förmige Kontur. Die in sich geschlossene Kontur kann bei¬ spielsweise im Querschnitt oval, kreisförmig, rund, quadra- tisch, rechteckig oder mehreckig sein. Falls im Querschnitt Ecken vorhanden sind, sind diese vorzugsweise abgerundet.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Transformatorkern mit umgebogenen Transformatorblechen. Erfindungsgemäß ist diesbezüglich vorgesehen, dass aneinander angrenzende
Blechkanten zumindest eines der umgebogenen Transformatorble¬ che mit einem magnetisierbaren Material miteinander verbunden sind . Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert. Dabei zeigen beispielhaft
Figuren 1-10 anhand von Schnittbildern ein erstes
Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkernes,
Figur 11 anhand eines anderen Querschnitts ein zweites
Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns und
Figur 12 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfin¬ dungsgemäßes Verfahren, bei dem Transformator- bleche eines Stapelkerns mittels Kaltgassprit¬ zen miteinander verbunden werden.
Der Übersicht halber werden in den Figuren für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
In der Figur 1 erkennt man einen Blechstapel 10, der durch eine Vielzahl an Transformatorblechen gebildet ist, von denen in der Figur 1 beispielhaft vier dargestellt und mit den Be- zugszeichen 20, 30, 40 und 50 gekennzeichnet sind. Die Trans¬ formatorbleche bestehen beispielsweise aus einer Silizium- Eisen-Legierung mit weichmagnetischen Eigenschaften, also beispielsweise aus sogenanntem Dynamoblechmaterial. Die Dicke der Transformatorbleche liegt beispielsweise im Be¬ reich zwischen 200 und 600 ym. Um eine elektrische Isolation zwischen den Transformatorblechen zu erreichen, sind diese vorzugsweise mit dünnen elektrischen Isolationsschichten versehen, die beispielsweise eine Dicke im Bereich zwischen 1 und 5 ym aufweisen können. Die elektrischen Isolationsschichten sind aus Gründen der Übersicht in der Figur 1 nicht wei¬ ter dargestellt. In der Figur 2 erkennt man den Blechstapel 10, nachdem die
Transformatorbleche 20, 30, 40 und 50 jeweils zweimal umgebo¬ gen worden sind. Die Biegestellen sind in der Figur 2 mit den Bezugszeichen 60 und 70 gekennzeichnet. Außerdem erkennt man in der Figur 2 zwei Spulen 80 und 90, die auf den Blechstapel 10 aufgeschoben worden sind. Das Auf¬ schieben der Spulen 80 und 90 auf den Blechstapel 10 kann vor oder nach dem Umbiegen des Blechstapels erfolgen. Die Figur 3 zeigt den Blechstapel 10, nachdem das oberste
Transformatorblech 20 gemäß Figur 1 zwei weitere Male umgebo¬ gen worden ist. Die Biegestellen sind mit den Bezugszeichen 100 und 110 gekennzeichnet. In der Figur 3 lässt sich darüber hinaus erkennen, dass zwischen den aneinander angrenzenden bzw. einander gegenüberliegenden Blechkanten 21 und 22 des Transformatorblechs 20 ein Luftspalt 23 verblieben ist. Der Luftspalt 23 entsteht auf¬ grund von Herstellungstoleranzen beim Umbiegen der Transfor- matorbleche und lässt sich technisch bedingt niemals ganz vermeiden .
In der Figur 4 ist der Blechstapel 10 gezeigt, nachdem der Luftspalt 23 zwischen den Blechkanten 21 und 22 mittels eines Kaltgasspritzverfahrens geschlossen worden ist. Mit dem Kalt¬ gasspritzen wird zwischen den Blechkanten 21 und 22 eine Materialnaht bzw. Verbindungsnaht 24 gebildet, die die - im Querschnitt gesehen - vorher offene Kontur des Transformatorbleches 20 schließt und eine geschlossene Kontur 25 erzeugt. Durch das Verbinden der beiden Blechkanten 21 und 22 ist es somit möglich, dass ein magnetischer Fluss entlang der geschlossenen Kontur 25 durch das Transformatorblech 20 fließt, ohne dabei einen Luftspalt überwinden zu müssen. Die Verbindungsnaht 24 reduziert somit den magnetischen Widerstand des Transformatorbleches 20 für einen magnetischen Fluss, der entlang der geschlossenen Kontur 25 durch das Transformatorblech 20 fließt.
Nachdem die Verbindungsnaht 24 mittels Kaltgasspritzen zwischen den Blechkanten 21 und 22 gebildet worden ist, wird das Transformatorblech 30 ebenfalls entlang der Biegestellen 100 und 110 umgebogen, so dass sich die in der Figur 5 darge- stellte Struktur - im Querschnitt gesehen - ergibt. Auch hier lässt sich erkennen, dass nach dem Umbiegen zwischen den aneinander angrenzenden bzw. einander gegenüberliegenden Blechkanten 31 und 32 des Transformatorbleches 30 ein Luftspalt verbleibt, der in der Figur 5 mit dem Bezugszeichen 33 ge- kennzeichnet ist. Im Querschnitt gesehen bildet das Transfor¬ matorblech 30 nach dem Umbiegen also eine offene Kontur, die in der Figur 5 mit dem Bezugszeichen 34 gekennzeichnet ist.
Um die offene Kontur 34 zu schließen, werden die beiden
Blechkanten 31 und 32 mittels Kaltgasspritzen eines magneti- sierbaren Materials unter Bildung einer Verbindungsnaht 35 miteinander verbunden; dies zeigt beispielhaft die Figur 6. Die nun im Querschnitt gesehen geschlossene Kontur des Trans¬ formatorbleches 30 ist in der Figur 6 mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet.
In der Figur 7 ist gezeigt, wie das dritte Transformatorblech 40 umgebogen worden ist. Auch hier ist zwischen den aneinander grenzenden Blechkanten 41 und 42 zunächst ein Luftspalt vorhanden, der mit dem Bezugszeichen 43 gekennzeichnet ist. Der Luftspalt 43 wird auch hier mittels Kaltgasspritzen eines magnetisierbaren Materials geschlossen. Die dabei gebildete Verbindungsnaht ist in der Figur 8 mit dem Bezugszeichen 44 gekennzeichnet.
In entsprechender Weise wird auch das vierte Transformatorblech 50 umgebogen und der zwischen den Blechkanten 51 und 52 verbleibende Luftspalt 53 mittels einer Verbindungsnaht 54 geschlossen. Dies ist beispielhaft in den Figuren 9 und 10 dargestellt. Die Figur 10 zeigt dabei auch den mittels Kalt¬ gasspritzen fertiggestellten Transformatorkern, der mit dem Bezugszeichen 200 gekennzeichnet ist. Man erkennt, dass die Verbindungsnähte 24, 35, 44 und 54 vorzugsweise nicht unmit- telbar übereinander liegen, sondern vorzugsweise zueinander seitlich versetzt sind.
Anhand der Figur 11 wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel zum Herstellen eines Transformatorkerns gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird im Bereich der zwischen den Blechkanten der Transformatorbleche 20, 30, 40 und 50 nach dem Um¬ biegen verbleibenden Luftspalte 23, 33, 43 und 53 zunächst jeweils eine elektrisch isolierende Einlage 300 angeordnet; die Einlage 300 kann vor, während oder auch nach dem Umbiegen der Bleche im Bereich der späteren bzw. bereits vorhandenen Luftspalte positioniert werden. Nachfolgend wird der jewei¬ lige Luftspalt mit einem magnetisierbaren Material im Rahmen eines Kaltgasspritzvorganges geschlossen. Durch das Einbrin¬ gen der elektrisch isolierenden Einlage 300 wird vermieden, dass beim Kaltgasspritzen des magnetisierbaren Materials, d. h. also beim Herstellen der Verbindungsnähte 24, 35, 44 und 54, das jeweils darunter befindliche Transformatorblech beschädigt wird. Wie bereits erwähnt, sind die Transformator¬ bleche 20 bis 50 vorzugsweise mit einer dünnen elektrischen Isolationsschicht versehen, um eine elektrische Isolierung zwischen den Transformatorblechen zu erreichen. Eben diese elektrische Isolationsschicht könnte während des Kaltgas- spritzens in Mitleidenschaft gezogen werden, was jedoch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 11 durch das vor dem je¬ weiligen Kaltgasspritzschritt vorgesehene Einbringen der elektrisch isolierenden Einlage 300 verhindert wird.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 11 liegen die Verbindungsnähte 24, 35, 44 und 54 vorzugsweise nicht unmit¬ telbar übereinander, sondern sind vorzugsweise zueinander seitlich versetzt. Ein solcher Versatz ist jedoch nicht zwingend nötig. In der Figur 12 ist ein Ausführungsbeispiel zum Herstellen eines Stapelkernes für einen Stapelkerntransformator gezeigt. Der Stapelkern wird durch ein Aufeinanderstapeln nicht gebogener bzw. ungebogener Transformatorbleche gebildet, von de¬ nen in der Figur 12 aus Gründen der Übersicht nur zwei ge- zeigt und mit den Bezugszeichen 350 und 360 gekennzeichnet sind. Es lässt sich erkennen, dass die aneinander angrenzenden Blechkanten der gestapelten Transformatorbleche 350 und 360 schräg in einem Winkel von 45° verlaufen, so dass zwi¬ schen den Kanten ein Luftspalt 370 verbleibt, der ebenfalls mit einem Winkel von 45° in der Figur 12 schräg nach oben verläuft. Die Luftspalte 370 sind jeweils mit einem magneti- sierbaren Material 380 im Rahmen eines Kaltgasspritzvorganges geschlossen, wie dies oben im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 11 bereits beispielhaft erläutert worden ist. Um eine Be- Schädigung der Transformatorbleche bzw. der darauf befindli¬ chen Isolation zu vermeiden, können zusätzlich Einlagen eingesetzt werden, wie sie beispielhaft in der Figur 11 gezeigt sind .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns (200), bei dem der Transformatorkern mit Transformatorblechen (20, 30, 40, 50, 350, 360) gebildet wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
aneinander angrenzende Blechkanten (21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52) der Transformatorbleche mittels Kaltgasspritzen mit einem magnetisierbaren Material miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
als Transformatorkern ein Stapelkern gebildet wird, indem die Transformatorbleche (350, 360) aufeinander gestapelt werden, wobei aneinander angrenzende Blechkanten der gestapelten
Transformatorbleche mittels Kaltgasspritzen mit dem magneti¬ sierbaren Material miteinander verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
als Transformatorkern ein Wickelkern gebildet wird, indem beim Herstellen des Transformatorkerns (200) zumindest ein Transformatorblech (20, 30, 40, 50) umgebogen wird, wobei nach dem Umbiegen des zumindest einen Transformatorbleches aneinander angrenzende Blechkanten (21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52) des jeweiligen Transformatorbleches mittels Kaltgas¬ spritzen mit dem magnetisierbaren Material miteinander verbunden werden.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
beim Kaltgasspritzen ein Pulverstrahl mit eisenhaltigem Pulver auf die Schnittstelle zwischen den aneinander angrenzenden Blechkanten gerichtet wird und das eisenhaltige Pulver beim Auftreffen auf den Blechkanten eine die Blechkanten verbindende eisenhaltige Materialnaht bildet.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
ein Pulverstrahl mit Pulverteilchen aus nanokristallinem oder amorphem Material auf die Schnittstelle gerichtet wird.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
nach dem Verbinden der zwei Blechkanten eines der Transformatorbleche und vor dem Verbinden der zwei Blechkanten des nächsten darüber liegenden Transformatorblechs zwischen den beiden Transformatorblechen jeweils eine elektrisch isolie- rende Einlage (300) vorgesehen wird, die verhindert, dass der Kaltgasspritzstrahl beim Verbinden der zwei Blechkanten des darüber liegenden Transformatorblechs auf das darunter lie¬ genden Transformatorblech trifft.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
ein Pulverstrahl mit eisen- und siliziumhaltigem Pulver auf die Schnittstelle gerichtet wird, wobei der Siliziumgehalt kleiner als 10% ist.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
ein Pulverstrahl mit nanokristallinem Pulver mit einer Fe-Si- B-Nb-Cu-haltigen Legierung auf die Schnittstelle gerichtet wird.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Pulverstrahl mit nanokristallinem Pulver mit einer Fe-B- Cu-haltigen Legierung und/oder mit einer (Fe, Co) -B-Cu-halti- gen Legierung auf die Schnittstelle gerichtet wird.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
ein Pulverstrahl mit nanokristallinem oder amorphem Pulver mit phosphorhaltigem Eisen oder mit einer phosphorhaltigen Eisenlegierung auf die Schnittstelle gerichtet wird.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Transformatorbleche nach dem Verbinden der aneinander angrenzenden Blechkanten im Querschnitt eine geschlossene Kon- tur bilden.
12. Transformatorkern (200) mit Transformatorblechen (20, 30, 40, 50),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
aneinander angrenzende Blechkanten (21, 22, 31, 32, 41, 42, 51, 52) zumindest eines der Transformatorbleche mit einem magnetisierbaren Material miteinander verbunden sind.
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