CH300156A - Schichtkern für Transformatoren und Drosselspulen. - Google Patents

Description

  Schichtkern für Transformatoren und Drosselspulen.    Bei dem Aufbau von Eisenkernen für  Transformatoren und Drosselspulen geht die  Entwicklung in der Richtung, die Kerne aus  Werkstoffen mit magnetischer Vorzugsrich  tung herzustellen. Derartige Kerne lassen für  eine gegebene Feldstärke, das heisst für einen  gegebenen     Magnetisierungsstrom,    grössere ma  gnetische Induktionen zu und führen da  durch zu einer Gewichtsersparnis.

   Diejenige  Kernform, bei der die überlegenen magne  tischen Eigenschaften von Blechen mit: magne  tischer Vorzugsrichtung unverfälscht     zur    Wir  kung kommen, ist der     Bandringkern.    Bei die  sem ist jedoch das Aufbringen der Wick  lung zeitraubend     und    teuer, und auch der  erreichbare     Wicklungsfüllfaktor    ist besonders  bei Ringkernen geringen Durchmessers klei  ner als bei     Rechteckkernen.    In vielen Fällen  ist es :daher erwünscht, die Kerne aus ge  stanzten oder geschnittenen Blechen zu  schichten.  



  Bei Verwendung des bisher üblichen Kern  aufbaues, bei welchem die einzelnen Blech  schichten aus verschiedenen gestanzten oder  geschnittenen Teilen (Schnitten) zusammen  gesetzt werden, so     d'ass    sich 'Stossfugen. er  geben, macht sich der Einfluss der letzteren  durch eine Verschlechterung der     Magnetisie-          rungskurve    unangenehm bemerkbar. Es ist       ferner    zu beachten, dass bei     Siliziumeisen    im  Gegensatz zu     Nickeleisen    keine solchen ge  stanzten Schnitte verwendet werden können,  bei denen der     Kraftfluss        stellenweise    quer    zur Walzrichtung des Bleches verläuft.

   Wäh  rend nämlich Nickeleisen zwei Vorzugsrich  tungen aufweist, die beide in der Blechebene  liegen und von denen die eine in der     Walz-          richtitng,    die andere     senkrecht    dazu verläuft,  ist     bei        S'iliziumeisen    nur eine einzige Vor  zugsrichtung vorhanden. Diese fällt mit der  Walzrichtung zusammen.

   In der     Querrichtung     dagegen sind die magnetischen Eigenschaften  stark verschlechtert.     .Siliziumeisenkerne        inüs-          sei    daher aus Streifen     derartig    geschichtet       werden,        dass.    die Walzrichtung des Bleches  stets mit der Richtung der -magnetischen  Kraftlinien übereinstimmt.  



  Bei einem in bekannter Weise aus recht  eckigen .Streifen geschichteten Kern liegen  die Stossfugen in der Verlängerung der Fen  sterseiten einer Blechlage, also     senkrecht    zur  Streifenrichtung des einen Streifens, und die  Stossfugen benachbarter Lagen stehen aufein  ander     senkrecht.    Hier     könnten    zwar- alle  Bleche - mit der     Walzrichtung    in Richtung  des     Kraftflusses    liegen, aber an jeder Stoss  fuge eines Bleches tritt nahezu der gesamte       Kraftfluss    im durch .die Fuge unterbrochenen  Blech vorübergehend in die benachbarten,  durchgehenden Bleche über.

   Infolgedessen ist  in diesen die magnetische     Induktion    an der  Stelle -der     Stossfugen    etwa doppelt so hoch  wie in den übrigen Teilen. Das Eisen wird  also an diesen Stellen     bereits    gesättigt, wenn  die Induktion in den übrigen Teilen erst halb  so gross wie die     Sättigungsinduktion        B,    ist.

        Mit andern Worten, bei Überschreitung     von-          B,/2    in den Hauptteilen des     Kernes    wirkt  das den     ,Stossfugen    benachbarte, gesättigte       Eisen    .der durchgehenden Bleche bereits wie  ein     Luftspalt.    Infolgedessen tritt oberhalb  von     B62    je nach der Länge der     Stossfuge     eine mehr oder weniger starke     'Scherung    der       Magnetisierungskurve    ein.

   Daher kann das  Eisen nur mit ungefähr der Hälfte der       Sättigungsinduktion    ausgenützt werden, wenn  der     Magnetisierungsstrom    auf derselben ge  ringen Höhe bleiben soll.  



  Es ist     bekannt    (siehe     ziun    Beispiel. Schwei  zer     Patentschrift        Nr.257843;        Fig.3    bis 7),  zur     Verbesserung        :d'er    magnetischen Verhält  nisse die     Stossfugen    nicht in die Verlängerung  der Fensterseiten, sondern unter einem Win  kel von etwa 45  diagonal     zu    legen. Die um  schichtige Versetzung der Stossfugen erfolgt  dabei durch parallele Verschiebung der  Schenkelbleche in ihrer     Längsrichtung    bei  gleichzeitigem Wenden des Jochbleches.

   Der  hierfür erforderliche Blechschnitt ergibt eine       Jochverstärkung.    Diese     Ausführung    setzt die  Induktion     neben,    den Stossfugen zwar .bereits  herab, beseitigt aber die     Kennlinienverschlech-          terung    nicht in ausreichendem Masse. Die       Scherung        beginnt    hier bei etwa<B>0,71</B>     B,.    Die  Richtung der     ,Stossfugen    wird durch die er  wähnte Versetzung nicht     geändert.    Alle Stoss  fugen einer Kernecke haben die gleiche Rich  tung; in benachbarten Schichten laufen sie  parallel zueinander.  



  Demgegenüber kann durch die Erfindung  die Form der     Magnetisierungskurve    durch       weitere    Verringerung des Einflusses der  Stossfugen bis zu seiner völligen Beseitigung  noch mehr     verbessert:    werden.     Erfindungs-          gemäss.    ist der Schichtkern mit mindestens  teilweise nicht in den     Verlängerungen    der  Fensterseiten liegenden Stossfugen gekenn  zeichnet durch mindestens zwei voneinander  verschiedene     Richtungen    des     Verlaufes    der       Übertrittskanten    für     :die    magnetischen Kraft  linien an jeder Kernecke.  



  In den     F'ig.    1 bis 14 sind verschiedene       Ausführungsbeispiele-    des     Schichtkernes    nach    der Erfindung in Ansicht und teilweise auch  im Schnitt schematisch dargestellt.  



  Bei dem Schichtkern nach Fug. 1 und 2  liegen die Stossfugen eines     'Teils    der Bleche  diagonal. Die Breite der Jochbleche 7 ist  gegenüber derjenigen der Schenkelbleche 8  verdoppelt. Jede zweite Schicht 7', 8' :des  Kernes wird aus einem vollständigen Rahmen  solcher Bleche gebildet. In den Zwischen  schichten dagegen befinden sich nur Schen  kelbleche 8", die aber jetzt rechtwinklig ge  schnitten sind und sich bis zur äussern Um  fangsfläche 6 des Kernjoches erstrecken.

   Die  Schenkel 8', 8" sind somit     ganz    mit Eisen  gefüllt, die mittleren Jochpartien 7' dagegen       nur        zu        50        %,        da        die        Zahl        der        Blechschichten     in den Jochen geringer ist als in den Schen  keln. Die Induktion in diesen Teilen der Joche  7 hat somit die gleiche Grösse wie die In  duktion in den Schenkeln.

   In den 'Stossfugen  dagegen, wo der gesamte Fluss von zwei  Blechen in nur einem einzigen     :durchgehenden     Blech verläuft, ist die Induktion  
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    wenn man     annimmt,    dass die     Kraftliniendichte     längs der ganzen     Stossfugenbreite    :die gleiche  ist. In Wirklichkeit ist die Induktion zwar  etwas höher, weil sich die Kraftlinien nicht  bis in die     äussersten.    Kernecken erstrecken,  doch wird sie den Wert B nicht nennenswert  übersteigen.

   Das Ziel, auch neben den Stoss  fugen keine höheren     Induktionen    zu erhalten  als in     .denn    übrigen     Kernteilen,    wird durch  diese Anordnung erreicht, und     zwar    mit einer  nur unwesentlichen.     Gewichtszunahme    gegen  über der bekannten Anordnung.  



  Will man einen Kern mit     verstärktem     Jochquerschnitt ausführen, so können die  Zwischenräume zwischen den rechteckigen  Schenkelblechen 8", bzw. zwischen den     Joch-          blechen    7' noch durch ebenfalls rechteckige       Jochbleche    7" zusätzlich     ausgefüllt    werden.  Der Jochquerschnitt beträgt dann das Dop  pelte des     Kernquerschnittes.     



  Zu dem Schichtkern nach     Fig.1    und 2  ohne     Jochverstärkung    werden drei versehie-      Jene Blechschnitte gebraucht, nämlich einer  für die Jochbleche, ein zweiter für die -Schen  kelbleche des Rahmens und ein     dritter    für die  rechteckigen     Schenkelbleche.     



  Es ist auch möglich, den Kern aus nur  zwei verschiedenen Blechschnitten zusammen  zusetzen. In     Fig.    3 ist eine derartige Schicht  dargestellt. Sie hat     U-Form    und besteht aus  einem     trapezförmigen    Jochblech 1 und zwei  Schenkelblechen 2. 'Schichten von gleicher Ge  stalt können zum Aufbau eines Kernes ab  wechselnd mit um 180  gedrehter Lage über  einander gestapelt werden.  



  Geringfügige Abweichungen von der dar  gestellten Gestalt sind zulässig, ohne dass die  vorteilhaften Wirkungen dadurch     wesentlich     beeinträchtigt- werden. Insbesondere kann  auch eine verhältnismässig geringere     Joch-          breite    unter Umständen ausreichend sein.  



  Eine     beispielsweise    nur 50prozentige Ver  stärkung     des    Jochquerschnittes erhält man  mit der Anordnung nach     Fig.    4 und '5. Die  Breite der Jochbleche 7', 7<B>'</B> beträgt hier nur  das     1,5fache    derjenigen der Schenkelbleche       B.        8/..     



  Nach der neuen Bauart     können    in sinn  gemässer     Übertragung    der Grundgedanken  auch drei- und'     mehrschenklige        Kerne    ausge  führt werden.     Fig.6    zeigt ein Beispiel für  einen     dreischenkligen    gern.  



  Während bei den     bisher    beschriebenen  Schichtkernen die     übertxittskanten    gerade  verlaufen, können sie nach den weiteren Fi  guren 7 bis 14 bei mindestens einem Teil  der Bleche von einer Geraden abweichen.  Damit können die erwähnten vorteilhaften  Wirkungen unter Umständen in höherem  Masse erreicht werden.

   Aber auch wenn  etwa zugunsten eines vereinfachten Blech  schnittes Unvollkommenheiten hinsichtlich der  Grösse des     übertrittsquerschnittes    oder der  Berücksichtigung der magnetischen Vorzugs  richtungen in Kauf genommen werden sollten,  so kann doch die angestrebte     Rechteckform.     der     Hystereseschleife        mit,    grösserer Annähe  rung als mit den bekannten Formen erreicht  werden,    Die     Fig.   <B>7</B> und 8 zeigen je eine Ecke von  zwei     Schichtkernen,    die sich von.den Bei  spielen nach den     Fig.    1 bis 3 dadurch un  terscheiden, dass ,die Stossfugen bzw.

   Über  trittskanten für     .die    magnetischen     Kraftlinien     einen     zickzack..    bzw.     wellenliuiienförmigen    Ver  lauf haben. In der Ecke stossen ein Schenkel  blech 1 und ein     Jochbliech    2 zusammen. Die  sichtbare gebrochene bzw. gekrümmte Linie  ist die Stossfuge zwischen diesen beiden  Blechen. In der benachbarten Blechschicht  verläuft die Stossfuge nach der     gestrichelten     Linie.

   In dieser Schicht kann das     Jochblech     fehlen, wenn das Joch     etwa    doppelt so breit  ist     wie    der     Schenkel.    Der ganze Kern kann  in diesem Falle aus lauter     U-förmigen,    Blech  schichten aufgebaut sein,     die    aus je einem  Jochblech 2 und zwei     Schenkelblechen    gebil  det, und abwechselnd um 180  gegeneinander  verdreht gestapelt sind.

   Die     Schenkelbleche    1  haben an ihrem freien Ende die durch die ge  strichelte Linie     angedeutete    Form, während  die Jochbleche 2 in     diesem    Falle     symmetrisch     zur Mittelachse des     Kernes        geformt    sind.  



  Dass auch ohne     Jochverbreiterung    durch  Verlängerung der Stossfugen eine Verbesse  rung der Schleifen-form erzielt werden kann,  ergibt sich aus den     Fig.    9     und    10. In diesen  wie auch in den folgenden     Fig.    11 bis 14 sind  ebenfalls die     Schenkelbleehe    mit 1 und die       Jochbleche    mit 2 bezeichnet. Durch     .Sehwen-          kung    ,der Figuren um eine zur 'Zeichenebene       senkrechte    Achse ergeben sich die nicht dar  gestellten     untern    Schichthälften.

   Die     benach-          bärten    'Schichten werden in an sich bekannter  Weise; zum Beispiel um die durch eine strich  punktierte Mittellinie bezeichnete Achse,     um     180  umgeklappt. Daraus ergibt sich dann der       Stossfugenverlauf,    der in     den        Fig.    9     bis    14 in  der linken     E'eke        jedesmal    durch     eine    gestri  chelte Linie     angegeben,    ist. In der rechten  Ecke     ist    auf diese Darstellung<B>de</B> Deutlich  keit halber verzichtet worden.

   Bei den Aus  führungsbeispielen der     Fig.9    und 10 über  schneiden sich die Stossfugen     bzw.    Übertritts  kanten, ebenso bei dem Ausführungsbeispiel  nach     Fig.    11, bei dem nur eine der beiden dar  gestellten 'Stossfugen einen von.     einer,Geraden         abweichenden Verlauf hat, während die an  dere geradlinig verläuft.  



  Eine besonders günstige Ausführungsform  ist     diejenige    nach     Fig.12        bezüglich    der Be  rücksichtigung .der magnetischen Vorzugsrich  tungen. Eine Überschneidung er übertritts  kanten ist hier vermieden,     ebenso    bei der Aus  führungsform nach     Fig.    13.  



  Bei der     Ausführungsform    nach     Fig.    14  sind die Schenkelbleche 1     symmetrisch        gestal-          tet        und,        in     nur in der  Längsrichtung etwas gegeneinander verscho  ben.

   Auch bei     den:    Ausführungsformen nach  den     Fig.    3 bis 8 kann bei ausreichender     Joch-          verbreiterung    jedes zweite     Jochblech    wegge  lassen und     mithin,    der     ganze        Kern    aus     U-för-          migen    Schichten, wie oben erwähnt,     zusam-          mengesetzt    werden.  



  Die neue     Kernbauart    kommt in erster  Linie für Bleche mit einer     einzigen    magneti  schen Vorzugsrichtung, z. B. für Bleche aus       Siliziumeisen,    in Frage, bei deren Verwen  dung die     Kerne    aus Streifen     zusammengesetzt     werden,     damit    der Fluss nicht stellenweise  quer zur     Walzrichtim-g    verläuft. Die neue  Bauart<B>_</B>ist jedoch auch für Bleche mit zwei       magnetischen    Vorzugsrichtungen, z.

   B.     für     Bleche aus     Nickeleisen,    vorteilhaft, wenn die  Kerne eine solche Grösse haben, dass die  Schnitte     aus        einzelnen    Streifen aufgebaut       werdien    müssen.  



       Kerne    der     beschriebenen    neuen Bauart       verwendet    man mit     Vorteil    für 'Transforma  toren und Drosselspulen;     insbesondere    für die       Endstufen    von     magnetischen    Verstärkern, für  gleichstromvormagnetisierte     Sättägungsdros-          seln    zur Steuerung von Trockengleichrichtern,  vor allem aber auch für Schaltdrosselspulen  von     Impulsschaltern    und Kontaktumfor  mern, für die man bisher fast     äusschliesslich     Bandkerne benützt hat.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Schichtkern für Transformatoren und Drosselspulen mit mindestens teilweise nicht in den Verlängerungen der Fensterseiten lie genden Stossfugen zwischen den Schenkel- und den Jochblechen der einzelnen Schichtren, ge- kennzeichnet durch mindestens zwei vonein ander verschiedene Richtungen des Verlaufes der Übertrittskanten für die magnetischen ; Kraftlinien an jeder Kernecke. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Schichtkern nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass 'jede: Kernecke einesteils von Schichten, welche aius je einem, Schenkelblechteil und je einem sich mit, dia gonaler, Stossfugte anschliessenden Jochblechteil bestehen, andernteils von Schichten, welche aus nur je einem sieh rechteckig bis minde- stens angenähert zur äussern Umfangsfläche des Kernjoches erstreckenden -Schenkelblech teil ohne anschliessendes Jochblech bestehen, gebildet wird. '2.

   Schichtkern nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der Kern teilweise aus vollständigen Einzelbl!echrahmen mit dia gonal verlaufenden 'Stossfugen und teilweise aus rechteckigen Schenkelblechen aufgebaut ist.

   3. Schichtkern nach Unteranspruch 1, ge kennzeichnet durch gleichgestaltige U-förmige Schichtren, bestehend, aus je einem trapezför- migen Jochblech und je zwei Schenkelblechen, die an dem einen Ende zum Jochblech passend schräg und an dem andern Ende rechtwinklig abgeschnitten sind. 4. Schichtkern nach TTnteransprueh 1, da durch gekennzeichnet, dass die Jochhöhe min destens angenähert gleich der doppelten Schenkelbreite ist.

   5. Schichtkern nach Patentanspruch, de durch gekennzeichnet, d'ass jede Kernecke einesteils von \Schichtgen, welche aus je einem Schenkelblechteil- und je einem sich mit, dia gonaler Stossfuge anschliessenden Jochbleeb- teil bestehen, andernteils von Schichten, wel che aus je einem sieh rechteckig bis minde stens angenähert zur äussern Umfangsiläehe des Kernjoches erstreckenden Schenkelblech teil mit anschliessendem rechteckigem Joch blechteil bestehen,

   gebildet wird. 6. Schichtkern nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet"dass die Jochhöhe kl.ei- ner als die doppelte Schenkelbreite, jedoch grösser als die einfache Schenkelbreite ist. 7. Schichtkern nach Patentanspruch, da durch geli#,ennzeichnet, @dass der Verlauf min destens eines 'Teils .der Übertrittskanten von einer Geraden abweicht.

   B. 'Schichtkern nach Unteranspruch 7, ge kennzeichnet durch einen gebrochenen Ver lauf der Übertrittskanten. 9. Schichtkern nach Unteranspruch 7, ge kennzeichnet durch einen gekrümmten Ver lauf eines Teils der übertrittskanten. 10. Schichtkern nach 11ntteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dasssich die übertritts- kanten benachbarter Blechschichten über schneiden. 11.

   Schichtkern nach Unteranspruch 7, daiirch gekzennzeichnet, dass .die Joche breiter sind als die Sehenkel. 12. Schichtkern nach tnteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass, die Zahl der Blechschichten in den Jochen geringer ist als in den Schenkeln.