WO2017008833A1 - Magnetkern sowie drossel bzw. transformator mit einem solchen magnetkern - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a magnetic core for a three-phase choke or a three-phase transformer according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a three-phase choke or a three-phase
- a magnetic core according to the
- the preamble of claim 1 is known for example from DE 10 2012 207 557 AI.
- the previously known magnetic core has three magnetic legs which are each adapted to receive a first, second or third electrical winding.
- the first, second and third electrical windings are each associated with a first, second and third electrical phase.
- the three magnetic legs are arranged in a star shape or triangular shape to one another. This should be advantageous over the previously widespread series arrangement of the legs.
- the three legs of the known throttle are connected to each other by a yoke, which is formed star-shaped.
- the yoke has a center point from which three magnetic connecting legs extend in a star-shaped manner to the outside. In this way, the three legs are star-shaped coupled together.
- the star-shaped design of the yoke has several disadvantages. On the one hand is to mount the yoke on the legs an exact alignment of the
- the coils of the throttle are largely free at their longitudinal axial ends, since the connecting legs overlap only a small portion of the coils.
- the star-shaped design of the yoke affects the tilting safety of the throttle. This is especially true when several similar throttles are to be stacked on top of each other. This in turn requires prior alignment of the Orientation of the star-shaped yokes in order to avoid tilting of the second throttle placed on a first throttle.
- the object of the present invention is to provide a magnetic core which is easy to assemble, has an improved mechanical stability and / or provides good protection for windings of a choke or a transformer. It is another object of the present invention to provide a choke or a transformer with such a magnetic core.
- this object is achieved with respect to the magnetic core by the subject-matter of claim 1 and H inblick on the choke or the transformer by the subject of claim 14.
- the invention is based on the idea of a magnetic core for a
- winding legs for receiving electrical windings, wherein the winding legs are arranged substantially parallel to each other in a triangular shape.
- the winding legs are connected by an annular or convex polygonal yoke which rests on the winding legs.
- winding legs in triangular shape is achieved that asymmetries that occur, for example, in-line magnetic legs are avoided.
- the winding legs are arranged substantially parallel to one another, wherein the winding legs, in particular their longitudinal ends, define a triangular basic shape.
- the annular or convex polygonal yoke facilitates the manufacture of the magnetic core.
- the relief is especially beneficial when connecting the yoke to the winding legs.
- annular yoke When using an annular yoke, alignment of the yoke with respect to the winding legs is no longer necessary. Rather, the annular yoke can be placed in any orientation on the winding legs and thus connect them.
- the annular or convex polygonal yoke also increases the stability of the magnetic core. This is especially true when multiple magnetic cores
- Magnet cores is avoided. This facilitates, for example, the installation of multiple magnetic cores in a housing.
- the annular or convex polygonal yoke forms a protection of the windings of a choke, which is wound around the winding legs, from damage. Because the yoke forms a longitudinal axial barrier, so that a relatively larger proportion of the winding is not readily accessible.
- a component which is polygonal at least on a circumferential outer side is considered to be convexly polygonal, wherein all inner angles of the polygonal shape are smaller than 180 °.
- a regular polygonal shaped is a polygonal at least on a circumferential outside polygonal component having the same side lengths and the same inner angle.
- Polygon shape generally can not only show on an outside. Rather, the yoke can also form a passage opening, which can also be polygonal. In this case, the polygon shape on an outer side of the yoke of the polygon shape in the interior, d. H. the polygon shape of the
- the yoke as a whole, d. H. looking at the outside be formed hexagonal and a triangular
- the yoke is located on longitudinal ends of the winding legs. It is not excluded that between the yoke and the longitudinal ends of an air gap is provided. It is essential in any case that between the yoke and the winding leg, a magnetic flux is maintained.
- the yoke has three
- Cross-connecting legs may be arcuate, in particular circular arc-shaped, or at least partially rectilinear.
- the arcuate cross-link legs are curved such that all three cross-link legs together form the annular yoke.
- rectilinear cross-linking legs is advantageously provided that cross each two cross-link legs in the region of a winding leg.
- two transverse connecting legs each intersect at longitudinal ends of the winding legs or on a circular arc line on which all the winding legs are arranged.
- junction point of the cross connection leg is provided.
- the cross link legs may extend along a circumferential line defined by the triangular arrangement of the winding legs. In the region of the inner surface of the triangular shape, which is predetermined by the winding legs, there is preferably no connection between the transverse connecting legs.
- Magnetic core This can have a positive effect on the function of a
- Magnetic currents do not meet in a center of the yoke, but runs along the outline between the winding legs. This affects the functioning of the choke or the transformer.
- first cross-linking leg in each case a first cross-linking leg a first and second
- Winding leg, a second cross-link leg a second and third winding leg and a third cross-connecting leg connect the third and first winding legs together.
- each cross-link leg is connected to two winding legs.
- the individual cross-linking legs can each be connected only with two winding legs and, if necessary, two cross-linking legs.
- the magnetic core generally has magnetically conductive properties.
- the magnetic core is a passive component.
- the magnetic core does not form an active magnet.
- the magnetic core can form several magnetic circuits.
- the magnetic flux within the magnetic core is generated by induction.
- the first and second winding legs can partially form a first magnetic circuit.
- a second magnetic circuit may comprise the second and third winding legs and a third magnetic circuit may comprise the third and first winding legs. In all magnetic circuits, a magnetic field can be guided, the magnetic circuits in the
- the yoke in particular the connecting legs, form a closed mold element.
- the closed mold element may have a, preferably centrally arranged, passage opening. Since essentially no magnetically conductive material is needed in the center of the yoke to produce adequate magnetic flux within a choke or a transformer, material is saved through the through-opening, which leads to a cost reduction. Furthermore, the
- the passage opening is also used for ventilation of the magnetic core or a throttle or a transformer, so that overheating of a choke or a transformer is avoided.
- the yoke can generally be formed in one piece or in several parts.
- the multi-part design of the yoke can be too Save costs, since standardized magnetic core components can be used. These are only to be assembled and glued, for example.
- the winding legs can each be formed in one or more parts.
- multipart constructions of the winding legs and / or the yoke provide good results.
- a plurality of air gaps between the individual elements of the yoke or the winding leg can be provided. This "multi-gap" design reduces the inductive losses and thus improves the magnetic flux within the magnetic core.
- the yoke and / or the winding legs may be formed by a pressed powder composite material.
- Powder composite material which is pressed into the desired shape, in particular a one-piece variant of the yoke can be easily produced.
- the powder composite preferably comprises iron, nickel, silicon,
- Powder composite which is used to form the magnetic core, an alloy of nickel, iron and molybdenum or an alloy of iron and nickel or an alloy of iron, silicon and aluminum or an iron-silicon alloy or another iron alloy forms. It is also possible to use a ferrite material, an amorphous material and / or a nanocrystalline material for the magnetic core.
- the aforementioned materials or material compositions have proven to be particularly suitable for the production of a magnetic core.
- the magnetic properties of the magnetic core are improved by the use of these materials.
- the yoke is triangular or hexagon-shaped.
- the triangular shape offers a high degree of compactness, since it only connects the longitudinal ends of the winding legs.
- pointed edges are avoided and the stackability of the magnetic core is promoted.
- the hexagonal yoke covers a larger portion of the windings of the winding legs in the longitudinal axial direction of the magnetic core.
- Hexagonal shape of the yoke thus contributes to the protection of the windings of a choke or a transformer.
- Winding leg on a circular or rectangular cross-sectional shape can be designed circular cylindrical or cuboid.
- Winding leg is cost because of the relatively lower material and tool cost.
- the use of a rectangular cross-section for the winding legs improves the thermal properties of a choke or a transformer. Because the wrapping of an im
- Cross-section rectangular winding leg requires an increase in the distance between two windings or windings around the winding leg. This in turn counters the cooling of the windings, since the windings can be flowed through so well with air.
- the yoke can be glued to the winding legs, in particular the longitudinal ends of the winding legs.
- an adhesive used, which is highly temperature resistant.
- the adhesive has a damping property that reduces vibrations between the yoke and the
- a Ableitschenkel is arranged centrally between the three winding legs, which is connected to the yoke.
- the Ableitschenkel preferably extends parallel to the three winding legs.
- the Ableitschenkel can lead, for example, high-frequency alternating magnetic fields and so derive unsymmetrical components or further processed.
- a subsidiary aspect of the invention relates to a three-phase choke or a three-phase transformer with a magnetic core described above.
- the three-phase choke and the three-phase transformer also have at least one electrical winding, which surrounds one of
- Winding leg winds.
- three electrical windings are provided, wherein in each case one electrical winding is associated with a winding leg of the magnetic core. Every single electrical winding is
- the winding is formed by a flat wire, in particular a flat enameled copper wire.
- a flat wire is particularly suitable for low frequencies of alternating current.
- the flat wire is characterized by a high mechanical stability.
- the use of a flat wire also leads to an overall compact construction of the throttle or the
- a flat wire and a round wire may be provided.
- it can be provided to use copper foil (Cu foil), H F strand or a combination with flat wire or round wire as material for the windings.
- an H F strand can be combined with a flat wire.
- Fig. 1 a side view of a throttle according to the invention or of a transformer according to the invention according to a preferred embodiment
- FIG. 2 shows a top view of the inductor or the transformer according to FIG. 1;
- FIG. 3 shows a plan view of an alternative throttle or an alternative transformer according to a preferred embodiment.
- a three-phase throttle and a three-phase alternating current throttle is shown in a side view.
- the throttle comprises a magnetic core 10 with three winding legs 11, 12, 13.
- the three winding legs 11, 12, 13 are arranged substantially parallel to one another or extend parallel to a longitudinal axis of the throttle.
- At their longitudinal ends 18 are the
- the yoke 14 magnetically couples the three winding legs 11, 12, 13 together. In this case, the yoke 14 with the winding legs 11, 12, 13 may be glued.
- the winding legs 11, 12, 13 and the yoke 14 may be made of a powder composite material.
- the magnetic core as a whole is designed in this respect as a powder core.
- the use of a dust core material has the advantage that in the production of the magnetic core 10 micro air gaps form within the magnetic core 10, which are advantageous for the magnetic permeability.
- a fourth winding leg is arranged centrally as a diverting leg between the three
- Winding legs 11, 12, 13 is arranged.
- the fourth winding leg may have a ferrite core and be capable of carrying a magnetic field that may settle due to asymmetries in the three-phase system.
- Winding legs 11, 12, 13 be formed and unbalanced
- Winding legs 11, 12, 13 substantially the same thickness. Thus, an improvement of the magnetic flux is also achieved while reducing the material cost.
- the three winding legs 11, 12, 13 comprise a first winding leg 11, a second winding leg 12 and a third winding leg 13.
- the first winding leg 11 carries a first winding 21.
- Winding leg 12 carries a second winding 22.
- Winding leg 13 carries a third winding 23.
- the windings 21, 22, 23 may be identical.
- the windings 21, 22, 23 are formed by a copper wire, in particular a copper enameled wire.
- the individual windings 21, 22, 23 each have two winding terminals 20, which serve for the electrical connection of the windings 21, 22, 23. It is preferred if each of the windings 21, 22, 23 is assigned to different phases of a three-phase system. Thus, the first winding 21 of a first electrical phase LI, the second winding 22 of a second electrical phase L2 and the third winding 23 of a third electrical phase L3 be assigned.
- FIGS. 2 and 3 show two different exemplary embodiments of a throttle, which differ from one another by the geometric shape of the yoke 14.
- the side view of FIG. 1 applies to both
- yoke 14 is annular.
- Magnet core 10 so far comprises an annular yoke 14.
- the annular yoke 14 has a through hole 19 which is circular.
- the width of the annular yoke 14 substantially corresponds to the diameter of the winding legs 11, 12, 13.
- the yoke 14 thus lies fully over the winding legs 11, 12, 13, in particular on the longitudinal ends 18, on.
- the yoke 14 comprises three cross-link legs 15, 16, 17, which are each formed in a circular arc.
- a first cross-linking leg 15 connects the first and second winding legs 11, 12 with each other.
- a second cross-link leg 16 connects the second winding leg 12 with the third winding leg 13.
- the third winding leg 13 and the first winding leg 11 are connected by a third
- Transverse connecting leg 17 of the yoke 14 magnetically connected.
- the yoke 14 covers a relatively large proportion of the windings 21, 22, 23 and provides longitudinal axial protection against damage.
- the yoke 14 extends as far as the outer edge of the throttle and thus also serves in the radial direction with respect to a central longitudinal axis of the throttle as a stop.
- Fig. 3 an alternative design of the yoke 14 is shown, wherein the yoke forms a polygonal shape.
- triangular yoke 14 equipped, which has a triangular passage opening 19.
- the triangular yoke 14 also has three cross-linking legs
- Windings 21, 22, 23 leads.
- the yoke 14 of FIG. 3 increased protection against damage to the windings 21, 22, 23.
- the cross-connecting legs 15, 16, 17 preferably have a width
- Diameter of the winding legs 11, 12, 13 corresponds. This allows a good magnetic flux and also reduces the cost of materials for the magnetic core 10th
- the width of the yoke 14, in particular the cross-linking legs 15, 16, 17 is then adjusted accordingly.
- the annular or convex polygonal yoke 14 provides an improved footprint for the throttle.
- the selected geometry facilitates the stackability of a plurality of magnetic cores 10 or of chokes or transformers that are equipped with the magnetic core 10.
- the throttle is compact overall. At the same time can by appropriate
- the triangular yoke 14 preferably forms an isosceles, more preferably an equilateral, triangle. This is a particularly compact
- the stackability of the magnetic core 10 is improved.
- the transverse connecting legs 15, 16, 17 each have an angle of 60 °.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Magnetkern (10) für eine dreiphasige Drossel oder einen dreiphasigen Transformator mit drei Wicklungsschenkeln (11, 12, 13) zur Aufnahme von elektrischen Wicklungen (21, 22, 23), wobei die Wicklungsschenkel (11, 12, 13) im Wesentlichen parallel zueinander in einer Dreiecksform angeordnet sind, wobei die Wicklungsschenkel (11, 12, 13) durch ein ringförmiges oder konvex polygonförmiges Joch (14) verbunden sind, das auf den Wicklungsschenkeln (11, 12, 13) aufliegt. Ferner betrifft die Erfindung eine Drossel bzw. Transformator mit einem solchen Magnetkern (10).
Description
Magnetkern sowie Drossel bzw. Transformator mit einem solchen Magnetkern
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Magnetkern für eine dreiphasige Drossel oder einen dreiphasigen Transformator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine dreiphasige Drossel oder einen dreiphasigen
Transformator mit einem solchen Magnetkern. Ein Magnetkern gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise aus DE 10 2012 207 557 AI bekannt.
Der vorbekannte Magnetkern weist drei magnetische Schenkel auf, die jeweils zur Aufnahme einer ersten, zweiten bzw. dritten elektrischen Wicklung angepasst sind. Die erste, zweite und dritte elektrische Wicklung ist jeweils einer ersten, zweiten und dritten elektrischen Phase zugeordnet. Um Unsymmetrien des dreiphasigen Systems auszugleichen, sind die drei magnetischen Schenkel sternförmig oder dreiecksförmig zueinander angeordnet. Dies soll gegenüber der bislang verbreiteten Reihenanordnung der Schenkel vorteilhaft sein.
Die drei Schenkel der bekannten Drossel sind durch ein Joch miteinander verbunden, das sternförmig ausgebildet ist. Insbesondere weist das Joch einen Mittelpunkt auf, von welchem sich drei magnetische Verbindungsschenkel sternförmig nach außen erstrecken. Auf diese Weise sind die drei Schenkel sternförmig miteinander gekoppelt.
Die sternförmige Ausbildung des Jochs hat mehrere Nachteile. Einerseits ist zur Montage des Joch auf den Schenkeln eine exakte Ausrichtung der
Verbindungsschenkels des Jochs vor der Verbindung des Jochs mit den
magnetischen Schenkeln erforderlich. Andererseits liegen die Spulen der Drossel an ihren längsaxialen Enden weitgehend frei, da die Verbindungsschenkel nur einen kleinen Bereich der Spulen überlappen. Schließlich beeinträchtigt die sternförmige Gestaltung des Jochs die Kippsicherheit der Drossel. Dies gilt insbesondere dann, wenn mehrere, gleichartige Drosseln übereinander gestapelt werden sollen. Dies erfordert wiederum eine vorherige Ausrichtung der
Orientierung der sternförmigen Joche, um ein Kippen der auf einer ersten Drossel aufgesetzten zweiten Drossel zu vermeiden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Magnetkern anzugeben, der einfach montierbar ist, eine verbesserte mechanische Stabilität aufweist und/oder einen guten Schutz für Wicklungen einer Drossel oder eines Transformators bietet. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drossel bzw. einen Transformator mit einem solchen Magnetkern anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf den Magnetkern durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 und im H inblick auf die Drossel oder den Transformator durch den Gegenstand des Patentanspruchs 14 gelöst.
So beruht die Erfindung auf dem Gedanken, einen Magnetkern für eine
dreiphasige Drossel oder einen dreiphasigen Transformator mit drei
Wicklungsschenkeln zur Aufnahme von elektrischen Wicklungen anzugeben, wobei die Wicklungsschenkel im Wesentlichen parallel zueinander in einer Dreiecksform angeordnet sind. Die Wicklungsschenkel sind durch ein ringförmiges oder konvex polygonförmiges Joch verbunden, das auf den Wicklungsschenkeln aufliegt.
Durch die Anordnung der Wicklungsschenkel in Dreiecksform wird erreicht, dass Unsymmetrien, die beispielsweise bei in Reihe angeordneten magnetischen Schenkeln auftreten, vermieden werden. Dabei sind die Wicklungsschenkel im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, wobei die Wicklungsschenkel, insbesondere deren Längsenden, eine dreieckige Grundform aufspannen. Mit anderen Worten bilden die drei Wicklungsschenkel im Querschnitt des
Magnetkerns die Ecken eines Dreiecks.
Das ringförmige oder konvex polygonförmige Joch erleichtert die Herstellung des Magnetkerns. Die Erleichterung kommt vor allem bei der Verbindung des Jochs mit den Wicklungsschenkeln vorteilhaft zum Tragen.
Bei Verwendung eines ringförmigen Jochs ist eine Ausrichtung des Jochs bezüglich der Wicklungsschenkel nicht mehr erforderlich. Vielmehr kann das ringförmige Joch in jeder beliebigen Orientierung auf die Wicklungsschenkel aufgelegt werden und diese somit verbinden.
Das ringförmige oder konvex polygonförmige Joch erhöht auch die Stabilität des Magnetkerns. Dies gilt insbesondere dann, wenn mehrere Magnetkerne
übereinander gestapelt werden. Beim Stapeln von Magnetkernen mit einem ringförmigen Joch besteht ein vergleichsweise großer Flächenkontakt zwischen den aufeinanderliegenden Jochs. Dies erhöht die Kippsicherheit.
Auch bei der konvexen Polygonform des Jochs ist eine Ausrichtung mehrerer Magnetkerne zueinander nicht erforderlich, um ein Kippen zu vermeiden. Denn durch die Polygonform ist auch eine verdrehte Anordnung gegenüberliegender bzw. übereinander gestapelter Joche entbehrlich. Wegen der Polygonform liegen ausreichend große Flächenanteile übereinander, so dass ein Kippen der
Magnetkerne vermieden wird . Dies erleichtert beispielsweise den Einbau mehrerer Magnetkerne in ein Gehäuse.
Ferner wird mit dem ringförmigen oder konvex polygonförmigen Joch erreicht, dass ein relativ größerer Anteil der Wicklung in längsaxialer Richtung durch das Joch überdeckt wird. Insofern bildet das Joch einen Schutz der Wicklungen einer Drossel, die um die Wicklungsschenkel gewunden ist, vor Beschädigung . Denn das Joch bildet eine längsaxiale Barriere, so dass ein relativ größerer Anteil der Wicklung nicht ohne weiteres zugänglich ist.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung gilt als konvex polygonförmig ein Bauteil, das zumindest an einer umlaufenden Außenseite mehreckig ausgebildet ist, wobei alle Innenwinkel der Polygonform kleiner als 180° sind. Als regulär polygornförmig gilt ein zumindest an einer umlaufenden Außenseite mehreckiges Bauteil, das gleiche Seitenlängen und gleiche Innenwinkel aufweist. Die
Polygonform kann sich im Allgemeinen nicht nur an einer Außenseite zeigen. Vielmehr kann das Joch auch eine Durchgangsöffnung bilden, die ebenfalls polygonförmig sein kann. Dabei kann die Polygonform auf einer Außenseite des Jochs von der Polygonform im Inneren, d. h. der Polygonform der
Durchgangsöffnung, abweichen. Beispielsweise kann das Joch insgesamt, d. h. die Außenseite betrachtend, sechseckig ausgebildet sein und eine dreieckige
Durchgangsöffnung begrenzen.
Vorzugsweise liegt das Joch auf Längsenden der Wicklungsschenkel auf. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass zwischen dem Joch und den Längsenden ein Luftspalt
vorgesehen ist. Wesentlich ist jedenfalls, dass zwischen dem Joch und dem Wicklungsschenkel ein magnetischer Fluss aufrechterhalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Joch drei
Querverbindungsschenkel auf, wobei jeder Querverbindungsschenkel zwei unmittelbar benachbarte Wicklungsschenkel verbindet. Die
Querverbindungsschenkel können bogenförmig, insbesondere kreisbogenförmig, oder zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die bogenförmigen Querverbindungsschenkel derart gekrümmt, dass alle drei Querverbindungsschenkel gemeinsam das ringförmige Joch bilden. Bei
geradlinigen Querverbindungsschenkeln ist vorteilhaft vorgesehen, dass sich jeweils zwei Querverbindungsschenkel im Bereich eines Wicklungsschenkels kreuzen. Insbesondere kreuzen sich zwei Querverbindungsschenkel jeweils an Längsenden der Wicklungsschenkel oder auf einer Kreisbogenlinie, auf welcher alle Wicklungsschenkel angeordnet sind. Im Allgemeinen kann vorgesehen sein, dass in einem Bereich zwischen den drei Wicklungsschenkeln kein
Kreuzungspunkt der Querverbindungsschenkel vorgesehen ist.
Die Querverbindungschenkel können sich entlang zu einer Umfangslinie erstrecken, die durch die dreiecksförmige Anordnung der Wicklungsschenkel vorgegeben ist. Im Bereich der Innenfläche der Dreiecksform, die durch die Wicklungsschenkel vorgegeben ist, erfolgt vorzugsweise keine Verbindung zwischen den Querverbindungsschenkeln.
Die direkte Kopplung zweiter benachbarter Wicklungsschenkel durch jeweils einen Querverbindungsschenkel ändert auch den Magnetfluss innerhalb des
Magnetkerns. Dies kann sich positiv auf die Funktion einer
Dreiphasenwechselstromdrossel oder eines Dreiphasenwechselstrom- Transformators auswirken. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene geometrische Gestaltung des Jochs erreicht, dass sich die
Magnetströme nicht in einem Zentrum des Jochs treffen, sondern entlang der Außenlinie zwischen den Wicklungsschenkeln verläuft. Dies wirkt sich auf die Funktionsweise der Drossel bzw. des Transformators aus.
Konkret kann bei dem erfindungsgemäßen Magnetkern vorgesehen sein, dass jeweils ein erster Querverbindungsschenkel einen ersten und zweiten
Wicklungsschenkel, ein zweiter Querverbindungsschenkel einen zweiten und
dritten Wicklungsschenkel und ein dritter Querverbindungsschenkel den dritten und ersten Wicklungsschenkel miteinander verbinden. Vorzugsweise ist jeder Querverbindungsschenkel mit zwei Wicklungsschenkeln verbunden. Die einzelnen Querverbindungsschenkel können jeweils nur mit zwei Wicklungsschenkeln und ggfs. zwei Querverbindungsschenkeln verbunden sein.
Der Magnetkern weist im Allgemeinen magnetisch leitende Eigenschaften auf. Insofern ist der Magnetkern ein passives Bauteil. Der Magnetkern bildet keinen aktiven Magneten.
Der Magnetkern kann mehrere magnetische Kreise bilden. Der magnetische Fluss innerhalb des Magnetkerns wird dabei durch Induktion erzeugt. Insbesondere können der erste und der zweite Wicklungsschenkel teilweise einen ersten magnetischen Kreis bilden. Ein zweiter magnetischer Kreis kann den zweiten und dritten Wicklungsschenkel und ein dritter magnetischer Kreis kann den dritten und ersten Wicklungsschenkel umfassen. In allen magnetischen Kreisen kann ein magnetisches Feld geführt werden, wobei die magnetischen Kreise im
Wesentlichen eine einheitliche Flusslänge aufweisen. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die magnetischen Kreise den gleichen magnetischen Widerstand bilden. Dies kann durch einen einheitlichen geometrischen Aufbau und durch die Verwendung eines einheitlichen Materials des Magnetkerns erreicht werden.
Konkret kann bei der Erfindung vorgesehen sein, dass das Joch, insbesondere die Verbindungsschenkel, ein geschlossenes Formelement bilden. Das geschlossene Formelement kann eine, vorzugsweise zentral angeordnete, Durchgangsöffnung aufweisen. Da im Zentrum des Jochs im Wesentlichen kein magnetisch leitendes Material benötigt wird, um einen adäquaten Magnetfluss innerhalb einer Drossel oder eines Transformators herzustellen, wird durch die Durchgangsöffnung Material eingespart, was zu einer Kostenreduktion führt. Ferner trägt die
Durchgangsöffnung zu einer Gewichtsreduktion des Magnetkerns bei. Schließlich dient die Durchgangsöffnung auch zur Belüftung des Magnetkerns bzw. einer Drossel oder eines Transformators, so dass eine Überhitzung einer Drossel oder eines Transformators vermieden wird.
Das Joch kann generell einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die
einstückige Herstellung des Jochs fördert die Homogenität des Jochs bzw.
insgesamt des Magnetkerns. Die mehrteilige Ausbildung des Jochs kann zu
Kostenersparung führen, da standardisierte Magnetkernbauteile verwendet werden können. Diese sind lediglich zusammenzusetzen und beispielsweise zu verkleben.
Ebenfalls können die Wicklungsschenkel jeweils einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Gute Ergebnisse liefern insbesondere mehrteilige Bauweisen der Wicklungsschenkel und/oder des Jochs. Dabei können mehrere Luftspalte zwischen den einzelnen Elementen des Jochs bzw. der Wicklungsschenkel vorgesehen sein. Dieser„multi-gap"-Aufbau reduziert die induktiven Verluste und verbessert insofern den magnetischen Fluss innerhalb des Magnetkerns.
Insbesondere können das Joch und/oder die Wicklungsschenkel durch einen gepressten Pulververbundwerkstoff gebildet sein. Mit Hilfe eines
Pulververbundwerkstoffes, der in die gewünschte Form gepresst wird, kann insbesondere eine einstückige Variante des Jochs einfach hergestellt werden. Alternativ kann der Pulververbundwerkstoff auch zur Herstellung von
Einzelkomponenten verwendet werden.
Der Pulververbundwerkstoff umfasst vorzugsweise Eisen, Nickel, Silizium,
Aluminium und/oder Molybdän. Konkret kann vorgesehen sein, dass der
Pulververbundwerkstoff, der zur Bildung des Magnetkerns genutzt wird, eine Legierung aus Nickel, Eisen und Molybdän oder eine Legierung aus Eisen und Nickel oder eine Legierung aus Eisen, Silizium und Aluminium oder eine Eisen- Silizium-Legierung bzw. eine andere Eisenlegierung bildet. Es ist auch möglich, für den Magnetkern einen Ferritwerkstoff, einen amorphen Werkstoff und/oder einen nanokristallinen Werkstoff zu verwenden.
Die vorgenannten Materialien bzw. Materialzusammensetzungen haben sich als besonders geeignet für die Herstellung eines Magnetkerns gezeigt. Insbesondere werden die magnetischen Eigenschaften des Magnetkerns durch die Nutzung dieser Materialien verbessert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Joch dreiecksförmig oder hexagonförmig ausgebildet. Die Dreiecksform bietet eine hohe Kompaktheit, da sie lediglich die Längsenden der Wicklungsschenkel miteinander verbindet. Bei der hexagonförmigen Ausgestaltung des Jochs werden spitze Kanten vermieden und die Stapelbarkeit des Magnetkerns wird gefördert.
Ferner überdeckt das hexagonförmige Joch einen größeren Anteil der Wicklungen der Wicklungsschenkel in längsaxialer Richtung des Magnetkerns. Die
Hexagonform des Jochs trägt so zum Schutz der Wicklungen einer Drossel oder eines Transformators bei.
In einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung weisen die
Wicklungsschenkel eine kreisförmige oder eine rechteckige Querschnittsform auf. Mit anderen Worten können die Wicklungsschenkel kreiszylinderförmig oder quaderförmig ausgestaltet sein. Die kreiszylinderförmige Gestaltung der
Wicklungsschenkel ist wegen des vergleichsweise geringeren Material- und Werkzeugaufwands kostengünstig . Die Verwendung eines Rechteckquerschnitts für die Wicklungsschenkel verbessert hingegen die thermischen Eigenschaften einer Drossel oder eines Transformators. Denn das Umwickeln eines im
Querschnitt rechteckigen Wicklungsschenkels erfordert eine Erhöhung des Abstands zwischen zwei Windungen bzw. Wicklungen um den Wicklungsschenkel . Dies kommt wiederrum der Kühlung der Wicklungen entgegen, da die Wicklungen so gut mit Luft durchströmt werden können.
Das Joch kann mit den Wicklungsschenkeln, insbesondere den Längsenden der Wicklungsschenkel, verklebt sein. Zum Verkleben kommt vorzugsweise ein Klebstoff zum Einsatz, der hoch temperaturbeständig ist. Der Klebstoff weist eine Dämpfungseigenschaft auf, die Vibrationen zwischen dem Joch und den
Wicklungsschenkeln abfedert. Das Verkleben an sich ist einfach zu
bewerkstelligen und erleichtert so die Montage des Magnetkerns. Dies gilt insbesondere gegenüber Magnetkernen, die aus magnetischem Blech schichtweise aufgebaut sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mittig zwischen den drei Wicklungsschenkeln ein Ableitschenkel angeordnet, der mit dem Joch verbunden ist. Der Ableitschenkel erstreckt sich vorzugsweise parallel zu den drei Wicklungsschenkeln. Der Ableitschenkel kann beispielsweise hochfrequente magnetische Wechselfelder führen und so unsymmetrische Komponenten ableiten oder weiterverarbeiten.
Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine dreiphasige Drossel oder einen dreiphasigen Transformator mit einem zuvor beschriebenen Magnetkern. Die dreiphasige Drossel bzw. der dreiphasige Transformator weisen außerdem
wenigstens eine elektrische Wicklung auf, die sich um einen der
Wicklungsschenkel windet. Vorzugsweise sind drei elektrische Wicklungen vorgesehen, wobei jeweils eine elektrische Wicklung einen Wicklungsschenkel des Magnetkerns zugeordnet ist. Jeder einzelnen elektrischen Wicklung ist
vorzugsweise eine Phase des Dreiphasenwechselstroms zugeordnet.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Drossel oder des erfindungsgemäßen Transformators kann vorgesehen sein, dass die Wicklung durch einen Flachdraht, insbesondere einen flachen Kupferlackdraht, gebildet ist. Die Verwendung eines Flachdrahts ist besonders für niedrige Frequenzen des Wechselstroms geeignet. Außerdem zeichnet sich der Flachdraht durch eine hohe mechanische Stabilität aus. Schließlich führt die Verwendung eines Flachdrahts auch zu einem insgesamt kompakten Aufbau der Drossel oder des
Transformators. Insbesondere in der längsaxialen Länge der Drossel oder des Transformators kann eine Reduktion der Baugröße erreicht werden.
Anstelle eines Flachdrahts kann auch ein Runddraht vorgesehen sein. Außerdem kann vorgesehen sein, als Material für die Wicklungen Kupferfolie (Cu-Folie), H F- Litze oder eine Kombination mit Flachdraht oder Runddraht einzusetzen.
Beispielsweise kann eine H F-Litze mit einem Flachdraht kombiniert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen :
Fig . 1 : eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Drossel oder eines erfindungsgemäßen Transformators nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 : eine Draufsicht auf die Drossel oder den Transformator gemäß Fig . 1; und
Fig. 3 : eine Draufsicht auf eine alternative Drossel oder einen alternativen Transformator nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel .
In Fig. 1 ist eine dreiphasige Drossel bzw. eine Dreiphasenwechselstrom-Drossel in einer Seitenansicht dargestellt. Die Drossel umfasst einen Magnetkern 10 mit drei Wicklungsschenkeln 11, 12, 13. Die drei Wicklungsschenkel 11, 12, 13 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet bzw. erstrecken sich parallel zu einer Längsachse der Drossel. An ihren Längsenden 18 sind die
Wicklungsschenkel 11, 12, 13 mit jeweils einem Joch 14 verbunden. Das Joch 14 koppelt die drei Wicklungsschenkel 11, 12, 13 magnetisch miteinander. Dabei kann das Joch 14 mit den Wicklungsschenkeln 11, 12, 13 verklebt sein.
Im Allgemeinen können die Wicklungsschenkel 11, 12, 13 und das Joch 14 aus einem Pulververbundmaterial hergestellt sein. Der Magnetkern insgesamt ist insoweit als Pulverkern ausgebildet. Die Verwendung eines Pulverkernmaterials hat den Vorteil, dass sich bei der Herstellung des Magnetkerns 10 Mikroluftspalte innerhalb des Magnetkerns 10 bilden, die für die magnetische Permeabilität vorteilhaft sind. Generell ist es für einen gleichmäßigen magnetischen Fluss bzw. einen gleichmäßigen magnetischen Widerstand vorteilhaft, wenn das Joch 14 und die Wicklungsschenkel 11, 12, 13 aus demselben Material gebildet sind.
In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein vierter Wicklungsschenkel als Ableitschenkel mittig zwischen den drei
Wicklungsschenkeln 11, 12, 13 angeordnet ist. Der vierte Wicklungsschenkel kann einen Ferritkern aufweisen und geeignet sein, ein magnetisches Feld zu führen, dass sich wegen Unsymmetrien im dreiphasigen System einstellen kann.
Insbesondere kann der vierte Ableitschenkel kleiner als die drei
Wicklungsschenkel 11, 12, 13 ausgebildet sein und unsymmetrische
Oberschwingungen führen. Im vierten Ableitschenkel stellen sich dabei hochfrequente magnetische Wechselfelder ein, was insgesamt zu einer
Verbesserung der Symmetrie einer dreiphasigen Drossel führt. Dasselbe gilt für einen dreiphasigen Transformator, der sich von der dreiphasigen Drossel nur dadurch unterscheidet, dass zusätzliche Wicklungen auf den Wicklungsschenkeln 11, 12, 13 aufgebracht sind.
Wie in Fig. 1 außerdem erkennbar ist, weisen das Joch 14 und die
Wicklungsschenkel 11, 12, 13 im Wesentlichen dieselbe Dicke auf. Damit wird ebenfalls eine Verbesserung des magnetischen Flusses erreicht bei gleichzeitiger Reduktion des Materialaufwands.
Die drei Wicklungsschenkel 11, 12, 13 umfassen einen ersten Wicklungsschenkel 11, einen zweiten Wicklungsschenkel 12 und einen dritten Wicklungsschenkel 13. Der erste Wicklungsschenkel 11 trägt eine erste Wicklung 21. Der zweite
Wicklungsschenkel 12 trägt eine zweite Wicklung 22. Der dritte
Wicklungsschenkel 13 trägt eine dritte Wicklung 23. Die Wicklungen 21, 22, 23 können identisch ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Wicklungen 21, 22, 23 durch einen Kupferdraht, insbesondere einen Kupferlackdraht, gebildet.
Besonders vorteilhaft ist es, einen Flachdraht bzw. einen abgeflachten
Kupferlackdraht zu verwenden. Damit kann bei vergrößertem Leiterquerschnitt und entsprechenden hohen Strömen, die dadurch geführt werden können, die Baugröße der Drossel insgesamt verringert werden. Insbesondere die Höhe der Wicklungen 21, 22, 23 kann auf diese Weise reduziert werden, wobei dennoch hohe Ströme geführt werden können.
Die einzelnen Wicklungen 21, 22, 23 weisen jeweils zwei Wicklungsanschlüsse 20 auf, die zur elektrischen Verbindung der Wicklungen 21, 22, 23 dienen. Bevorzugt ist es, wenn jede der Wicklungen 21, 22, 23 unterschiedlichen Phasen eines dreiphasigen Systems zugeordnet ist. So kann die erste Wicklung 21 einer ersten elektrischen Phase LI, die zweite Wicklung 22 einer zweiten elektrischen Phase L2 und die dritte Wicklung 23 einer dritten elektrischen Phase L3 zugeordnet sein.
In den Figuren 2 und 3 sind zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer Drossel gezeigt, die sich durch die geometrische Form des Jochs 14 voneinander unterscheiden. Die Seitenansicht gemäß Fig. 1 trifft für beide
Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 2 und 3 zu.
In Fig. 2 ist erkennbar, dass das Joch 14 ringförmig ausgebildet ist. Der
Magnetkern 10 umfasst insoweit ein ringförmiges Joch 14. Das ringförmige Joch 14 weist eine Durchgangsöffnung 19 auf, die kreisförmig ausgebildet ist. Die Breite des ringförmigen Jochs 14 entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser der Wicklungsschenkel 11,12, 13. Das Joch 14 liegt somit vollflächig auf den Wicklungsschenkeln 11, 12, 13, insbesondere auf deren Längsenden 18, auf.
Konkret umfasst das Joch 14 drei Querverbindungsschenkel 15, 16, 17, die jeweils kreisbogenförmig ausgebildet sind. Ein erster Querverbindungsschenkel 15 verbindet dabei den ersten und zweiten Wicklungsschenkel 11, 12 miteinander. Ein zweiter Querverbindungschenkel 16 verbindet den zweiten Wicklungsschenkel
12 mit dem dritten Wicklungsschenkel 13. Der dritte Wicklungsschenkel 13 und der erste Wicklungsschenkel 11 sind durch einen dritten
Querverbindungsschenkel 17 des Jochs 14 magnetisch verbunden.
Wie in Fig. 2 ebenfalls gut erkennbar ist, weisen das Joch 14 und die Stirnflächen der Wicklungen 21, 22,23 vergleichsweise große Überlappungsbereiche auf.
Insofern deckt das Joch 14 einen relativ großen Anteil der Wicklungen 21, 22, 23 ab und bietet in längsaxialer Richtung einen Schutz vor Beschädigungen. Zudem erstreckt sich das Joch 14 bis an den Außenrand der Drossel insgesamt und dient so auch in radialer Richtung bezogen auf eine mittige Längsachse der Drossel als Anschlag.
In Fig. 3 ist eine alternative Gestaltung des Jochs 14 gezeigt, wobei das Joch eine Polygonform bildet. Konkret ist die Fig. 3 dargestellte Drossel mit einem
dreieckigen Joch 14 ausgestattet, das eine dreieckige Durchgangsöffnung 19 aufweist. Das dreieckige Joch 14 weist ebenfalls drei Querverbindungsschenkel
15, 16, 17 auf, die jeweils dem ersten, zweiten und dritten Wicklungsschenkel 11, 12, 13 miteinander verbinden. Dabei verlaufen die Querverbindungsschenkel 15,
16, 17 zwischen zwei benachbarten Wicklungsschenkeln 11, 12, 13 geradlinig. Eine Kreuzung bzw. Kopplung der Querverbindungsschenkel 15, 16, 17 erfolgt jeweils an den Längsenden 18 der Wicklungsschenkel 11, 12, 13.
Auch in Fig. 3 ist erkennbar, dass die dreieckige Ausbildung des Jochs 14 zu einer vergleichsweise großen Überlappung von Jochfläche und Stirnfläche der
Wicklungen 21, 22, 23 führt. Insoweit bietet auch das Joch 14 gemäß Fig. 3 einen erhöhten Schutz vor Beschädigungen der Wicklungen 21, 22, 23. Auch weisen die Querverbindungsschenkel 15, 16, 17 vorzugsweise eine Breite auf, die dem
Durchmesser der Wicklungsschenkel 11, 12, 13 entspricht. Dies ermöglicht einen guten magnetischen Fluss und reduziert ferner den Materialaufwand für den Magnetkern 10.
In den Figuren 2 und 3 sind die Wicklungsschenkel 11, 12, 13 jeweils als
Rundkernschenkel ausgebildet. Es ist allerdings auch möglich, die
Wicklungsschenkel 11, 12, 13 mit einer rechteckigen Querschnittsgeometrie auszustatten. Die Breite des Jochs 14, insbesondere der Querverbindungsschenkel 15, 16, 17 ist dann entsprechend anzupassen.
Wie in den beiden Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 2 und 3 erkennbar ist, bietet das ringförmige oder konvex polygonförmige Joch 14 eine verbesserte Standfläche für die Drossel . Insbesondere erleichtert die gewählte Geometrie die Stapelbarkeit mehrerer Magnetkerne 10 bzw. von Drosseln oder Transformatoren, die mit dem Magnetkern 10 ausgestattet sind. Außerdem ist erkennbar, dass durch die dreiecksförmige Anordnung der Wicklungsschenkel 11, 12, 13 die Drossel insgesamt kompakt baut. Gleichzeitig kann durch entsprechende
Abstandsmaßgaben zwischen den einzelnen Wicklungsschenkeln 11, 12, 13 eine verbesserte Kühlung einer Drossel bzw. eines Transformators erreicht werden. Dazu trägt auch die Durchgangsöffnung 19 im Joch 14 bei. Einen weiteren Beitrag zur Kühlung der Drossel bzw. des Transformators leistet die Art der Wicklung 21, 22, 23. Vorzugsweise sind die Wicklungen 21, 22, 23 durch einen Flachdraht gebildet, der mit entsprechendem Wicklungsabstand ebenfalls die Kühlung verbessert. Die Drossel bzw. der Transformator ist damit insgesamt
leistungsfähiger.
Das dreiecksförmige Joch 14 bildet vorzugsweise ein gleichschenkliges, besonders bevorzugt ein gleichseitiges, Dreieck. Damit ist eine besonders kompakte
Bauweise möglich. Außerdem wird die Stapelbarkeit des Magnetkerns 10 verbessert. Bei der gleichseitigen Ausführung des dreieckigen Jochs 14 weisen die Querverbindungsschenkel 15, 16, 17 zueinander jeweils einen Winkel von 60° auf.
Bezugszeichenliste
10 Magnetkern
11 erster Wicklungsschenkel
12 zweiter Wicklungsschenkel
13 dritter Wicklungsschenkel
14 Joch
15 erster Querverbindungsschenkel
16 zweiter Querverbindungsschenkel
17 dritter Querverbindungsschenkel
18 Längsende
19 Durchgangsöffnung
20 Wicklungsanschluss
21 erste Wicklung
zweite Wicklung dritte Wicklung
Claims
1. Magnetkern (10) für eine dreiphasige Drossel oder einen dreiphasigen
Transformator mit drei Wicklungsschenkeln (11, 12, 13) zur Aufnahme von elektrischen Wicklungen (21, 22, 23), wobei die Wicklungsschenkel (11, 12, 13) im Wesentlichen parallel zueinander in einer Dreiecksform angeordnet sind,
dad u rch geken nzeich net, dass
die Wicklungsschenkel (11, 12, 13) durch ein ringförmiges oder konvex polygonförmiges Joch (14) verbunden sind, das auf den Wicklungsschenkeln (11, 12, 13) aufliegt.
2. Magnetkern(lO) nach Anspruch 1,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Joch (14) auf Längsenden der Wicklungsschenkel (11, 12, 13) aufliegt.
3. Magnetkern (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Joch (14) drei Querverbindungsschenkel (15, 16, 17) aufweist, wobei jeder Querverbindungsschenkel (15, 16, 17) zwei unmittelbar benachbarte Wicklungsschenkel (11, 12, 13) verbindet.
4. Magnetkern (10) nach Anspruch 3,
dad u rch geken nzeich net, dass
jeweils ein erster Querverbindungsschenkel (15) einen ersten und zweiten Wicklungsschenkel (11, 12), ein zweiter Querverbindungsschenkel (16) einen zweiten und dritten Wicklungsschenkel (12, 13) und ein dritter Querverbindungsschenkel (17) den dritten und ersten Wicklungsschenkel (13, 11) miteinander verbinden.
5. Magnetkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Joch (14), insbesondere die Querverbindungsschenkel (15, 16, 17), ein geschlossenes Formelement mit einer, vorzugsweise zentral angeordneten, Durchgangsöffnung (19) bilden.
6. Magnetkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u rch geken nzeich net, dass
das Joch (14) einstückig oder mehrteilig ausgebildet ist.
7. Magnetkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Joch (14) und/oder die Wicklungsschenkel (11, 12, 13) durch einen gepressten Pulververbundwerkstoff gebildet sind.
8. Magnetkern (10) nach Anspruch 7,
dad u rch geken nzeich net, dass
der Pulververbundwerkstoff Eisen, Nickel, Silizium, Aluminium und/oder Molybdän aufweist.
9. Magnetkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Joch (14) dreieckförmig oder hexagonförmig ausgebildet ist.
10. Magnetkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Joch (14) gleichseitig und/oder gleichwinklig, insbesondere regelmäßig, polygonförmig ausgebildet ist.
11. Magnetkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
die Wicklungsschenkel (11, 12, 13) eine kreisförmige oder rechteckige Querschnittsform aufweisen.
12. Magnetkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
das Joch (14) mit den Wicklungsschenkeln (11, 12, 13), insbesondere den Längsenden der Wicklungsschenkel (11, 12, 13), verklebt ist.
13. Magnetkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dad u rch geken nzeich net, dass
mittig zwischen den drei Wicklungsschenkeln (11, 12, 13) ein Ableitschenkel
angeordnet ist, der mit dem Joch (14) verbunden ist.
14. Dreiphasige Drossel oder dreiphasiger Transformator mit einem Magnetkern (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit wenigstens einer elektrischen Wicklung (21, 22, 23), die sich um einen der Wicklungsschenkel (11, 12, 13) windet.
15. Drossel oder Transformator nach Anspruch 14,
dad u rch geken nzeich net, dass
die Wicklung (21, 22, 23) durch einen Flachdraht, insbesondere einen flachen Kupferlackdraht, gebildet ist.
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