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Magnetkern für Transformatoren oder Drosselspulen Die Forderung, in einer Transformatoreinheit immer grössere Leistungen unterzubringen und dabei doch die vor allem durch das Bahnprofil gezogenen Grenzen nicht zu überschreiten, führte dazu, bei Einphasentransformatoren vom Zweischenkelkern auf den Vierschenkelkern und bei Drehstromtrans- formatoren vom Dreischenkelkern auf den Fünfschenkelkern überzugehen und dabei gegebenenfalls auch die Rückschlussschenkel zu bewickeln.
In letzterem Fall war es von Nachteil, dass bei den bisher bekanntgewordenen Vier- und Fünfschenkelkernen von Netztransformatoren die Rückschlussschenkel rechteckigen Querschnitt bekamen und die auf ihnen aufgebrachten Wicklungen nicht die billig herstellbare und kurzschlussfeste Kreisform besassen.
Es wurden wohl schon mehrere .Lösungen vorgeschlagen, um auch bei Transformatoren mit bewickelten Rückschlussschenkeln annähernd kreisrunde und gegenüber den Hauptschenkeln kleinere Rückschlussschenkel- querschnitte zu ermöglichen, doch handelt es sich dabei um Magnetkerne für Lokomotivtransformatoren, bei denen wohl auch die damit erzielbare gedrungene Bauart willkommen ist, bei denen jedoch die Eisenverluste nicht dasselbe Gewicht besitzen wie bei Netztransformatoren und man daher auch Kernformen verwenden kann, die wegen der damit zu erwartenden hohen Eisenverluste bei Netztransformatoren nicht tragbar wären.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen n Hauptschenkel (n >_ 2) und zwei Rückschlussschenkel besitzenden Magnetkern aufzuzeigen, der wie die bisher bekannten Kerne mit Rückschlussschenkeln in ihrer Höhe gegenüber der Hauptschenkelbreite stark reduzierte Joche besitzt, ferner, wie dies von den Lokomotivtransformatoren her bekannt ist, runde und in ihrer Querschnittsfläche gegenüber den Hauptschenkeln kleinere Rückschlussschenkel, darüber hin- aus aber zufolge seines erfindungsgemässen Aufbaues besonders verlustarm und daher auch für Netztransformatoren grösster Leistung geeignet ist, wie im folgenden noch näher dargelegt werden wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Magnetkern für Transformatoren oder Drosselspulen mit n Hauptschenkeln (n _> 2) und zwei Rückschlussschenkeln mit gegenüber der Hauptschenkelbreite reduzierter Jochhöhe und runden, gegenüber den Hauptschenkeln in ihrer Querschnittsfläche verringerten Rückschluss- schenkeln, wobei erfindungsgemäss dem in seiner Schichthöhe durch die Schichthöhe des Rückschluss- schenkels bestimmten (n +2)-Schenkelkern zu beiden Seiten seiner n Hauptschenkel weitere Blechpakete angefügt sind, die den Querschnitt der Hauptschenkel des (n -i- 2)
-Schenkelkernes zu einem angenähert vollen Kreis ergänzen und die sich über parallel zum Hauptjoch des (h -j- 2)-Schenkelkernes geschichtete Joche zu zwei n-Schenkelkernen schliessen.
In den Zeichnungen zeigt die Fig. 1 als Ausführungsbeispiel eine teilweise Ansicht eines erfindungsgemäss geschichteten Vierschenkelkernes, Fig. 2 einen Schnitt durch die Schenkel des Kernes, die Fig. 3 die Hälfte eines Schnittes durch .einen Hauptschenkel (Schnitt a in Fig. 1), Fig. 4 die Hälfte eines Schnittes durch das Hauptjoch (Schnitt P in Fig. 1), Fig. 5 die Hälfte eines Schnittes durch das Rückschlussjoch (Schnitt y in Fig. 1)
und Fig. 6 die Hälfte eines Schnittes durch einen Rückschlussschenkel (Schnitt ö in Fig. 1). Für die Zeichnungen ist angenommen, dass es sich etwa um einen aus Spezialblechen geschichteten Kern handelt, daher die weitgehende Unterteilung des gesamten Magnetkernes durch parallel und senkrecht zur Blechebene verlaufende Kühlspalte, so dass eine an bekannte Rahmenkonstruktionen erinnernde Kernform entsteht, doch ist dies nur eine vor-
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zugsweise, mit dem Erfindungsgedanken nicht unbedingt verbundene Ausführungsform.
Wie aus Fig.2 ersichtlich, besteht also der erfindungsgemässe Kern aus einem (n+2)-Schenkelkern (n = 2) mit durchlaufend gleicher Schichthöhe dl = cl = a1 = b1, dem zu beiden Seiten seiner n Hauptschenkel in einer Schichthöhe a2 weitere Blechpakete angeschichtet sind, die sich über Joche mit einer Schichthöhe b2 (wobei b2 = a2) zu zwei dem (n -H- 2)- Schenkelkern parallelliegende n-Schenkelkernen schliessen.
Zwischen dem (n -f- 2)-Schenkelkern und den zwei n-Schenkelkernen sind Kühlspalte vorgesehen, desgleichen sind die Haupt- und Rückschluss- schenkel durch senkrecht zur Schichtungsebene verlaufende Kühlkanäle unterteilt. Der Durchmesser der Hauptschenkel ist mit D bezeichnet, der der Rückschlussschenkel mit d.
In Fig. 3 ist ein halber Schnitt dusch einen Hauptschenkel dargestellt, und es sind in dieser Figur die Blechbreiten der einzelnen Paketstufen des (n -i- 2)-Schenkelkernes mit A,12 bezeichnet, die der zwei n-Schenkelkerne mit A912. Die zweite Querschnittshälfte ist genau spiegelbildlich zu denken.
Ebenso bedeuten in den Fig. 4, 5 und 6 B,12, C,12, D,12 die Blechbreiten der einzelnen Paketstufen des Hauptjoches, des Rückschlussjoches und der Rückschlussschenkel des (n + 2)-Schenkelkernes und Bv/2 die Blechbreite eines Teilpaketes des n-Schenkel- kernjoches. Die Durchmesser der Haupt- und Rückschlussschenkel sind wiederum mit D bzw. d bezeichnet.
Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, besitzen auch das Haupt- und die Rückschlussjoche senkrecht zur Schichtungsebene verlaufende Kühlspalte, so dass also, wie dies die Fig. 1 schon erkennen lässt, eine Art Rahmenkern entsteht.
Macht man die Breite aller in Flussrichtung hintereinanderliegender Bleche gleich (mit den Bezeichnungen der Fig. 3-6, also B,/2=C,!2=D,/2=A"14 und Ay12=BY/2) daher also auch die Stufung der magnetisch hintereinander- liegenden Teilblechpakete, so entsteht ein Kern mit einfacher und übersichtlicher Flussführung auch in den Ecken und gleicher Induktion in jedem Teilpaket der Kerne und auch der Joche, was insbesondere bei Kernen aus Spezialblechen (kaltgewalzte Bleche) natürlich grosse Vorteile mit sich bringt.
Die aus der Erfüllung obiger Bedingungen resultierenden zentralen Aussparungen in den Rückschlussschenkeln (Hohlschenkel) kommen der Kühlung zugute. Die maximale Jochhöhe des (n + 2)-Schenkelkernes ist auch beim erfindungsgemässen Kern nur etwa gleich der Hälfte des Hauptschenkeldurchmessers (Bz maxl2 = C. ..x/2 = DI4) und bei entsprechender Aufteilung des gesamten Eisenkernes in einen (n + 2)-Schenkelkern und zwei n-Schenkelkerne kann auch By",a,/2 = A"ma,
12 = D14 erreicht werden. Weil sich eine zum n-Schenkelkern gehörende Hauptschenkellamelle (Breite AY) zur Gänze im nur die n Hauptschenkel miteinander verbindenden Joch fortsetzt [also nicht wie bei üblichen (n + 2)-Schenkelkernen zur einen Hälfte über das Rückschlussjoch und den Rückschlussschenkel ihre magnetische Fortsetzung findet], erhalten beim erfindungsgemässen Kern die Blechlamellen der aussenliegenden n-Schenkelkerne etwa die doppelte Höhe wie bei einem analogen (n + 2)
-Schenkelkern der bisher üblichen Schichtungsart und brauchen daher die aussen liegenden Bleche im Joch nicht, wie bisher vielfach üblich, zur Erzielung einer genügenden Press- auflabefläche überhöht zu werden, so dass auch in den Randpaketen des Joches gleiche Induktion vorhanden ,ist und keine Ursache zu die Verluste, insbesondere bei kaltgewalzten Blechen, sehr erhöhenden Querflüssen besteht.
Natürlich müssen obige Bedingungsgleichungen für genau gleiche Induktion in allen Teilblechpaketen nicht unbedingt streng eingehalten werden. So kann man davon etwas abweichen, wenn man die Stufenzahl in den Jochen (Haupt- und Rückschlussjochen) und in den Rückschlussschenkeln etwa um die Hälfte gegenüber der Stufenzahl der Hauptschenkel vermindert, wie dies in den Zeichnungen der Fall ist. In diesem Fall nimmt man als Blechhöhe für ein Joch- oder Rückschlussschenkelpaket den Mittelwert der Blechhöhen der magnetisch dazu in Serie liegenden zwei Hauptschenkelstufen.
In Fig. 1 der Zeichnung ist der erfindungsgemässe Magnetkern als überlappt geschichtet dargestellt. Joche und Kerne könnten aber natürlich auch stumpf aufeinandergestossen sein oder unter Verwendung des insbesondere bei kaltgewalzten Blechen günstigen Gehrungsstosses.
Die Vorteile eines in erfindungsgemässer Weise geschichteten Magnetkernes liegen darin, dass bei runden Haupt- und Rückschlussschenkeln und einer auf etwa den halben Hauptschenkeldurchmesser reduzierten Jochhöhe ein einfacher und daher billig herstell- barer Kern mit günstiger magnetischer Flussführung möglich wird. Alle Bleche können dabei (von der Möglichkeit des Gehrungsstosses abgesehen) Rechteckform erhalten und sind daher durch Schneiden allein (keine mit Materialverlust und Gratbildung verbundene Stanzarbeit) herzustellen.
Bei genauer Befolgung des Vorschlages, die Breite in Flussrichtung hintereinanderliegender Bleche gleich zu machen, ergeben sich in jedem Teilpaket der Kerne und Joche gleiche Induktionsverhältnisse und damit auch gleiche Erwärmung. Auch an den Ecken und Verzweigungspunkten ist eine übersichtliche magnetische Flussfüh- rung gewährleistet, und es sind daher auch dort keine hohen zusätzlichen Verluste zu befürchten. Auf die Vorteile hinsichtlich der Jochpressung wurde bereits hingewiesen.
Schliesslich können beim erfindungsgemässen Kern alle Blechlamellen parallel geschichtet werden, so dass nirgends ein Abwinkeln oder Abbiegen von Blechen erforderlich ist, was insbesondere bei kaltgewalzten Blechen bekanntlich erhebliche Verlustzifferverschlechterung mit sich bringt.