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Geschichteter Magnetkern Bei Schichtkernen für Transduktoren und andere, strenge Anforderungen bedingende Verwendungsgebiete ist es erwünscht, die Reluktanz so klein wie möglich zu halten und ein möglichst scharfes Knie der Magnetisierungskurve zu bekommen. Diese Eigenschaften erreicht man bis jetzt am besten durch geschlossene Bandringkerne, die aus Werkstoff mit magnetischer Vorzugsrichtung gewickelt sind. Solche Kerne erfordern aber besondere, kostspielige Anordnungen zum Anbringen der Spulen.
Versuche, einen Bandringkern zu teilen, so dass normale, vorher hergestellte Spulen benützt werden können, sind nicht erfolgreich gewesen, weil dann der unvermeidliche Luftspalt oft eine bedeutende Erhöhung der Reluktanz mit sich geführt hat.
Es ist weiter bekannt, dass eine niedrige Reluktanz und ein scharfer Knickpunkt erreicht werden können, wenn ein Kern von E- oder U-Schnitten mit Jochen doppelter Schenkelbreite aufgebaut wird, weil in einem solchen Kern nur überlappungsfugen entstehen und Sättigung gleichzeitig in allen Teilen des Kraftflussweges erfolgt. Ein solcher Kern kann aber nicht aus Werkstoff mit magnetischer Vorzugsrichtung ausgeführt werden, was erwünscht wäre, um die bestmöglichen magnetischen Eigenschaften zu erhalten, weil E- und U-Schnitte nicht so ausgeführt werden können, dass der magnetische Kraftfluss immer der magnetischen Vorzugsrichtung folgt.
Die magnetischen Eigenschaften dieser Kerne können deshalb nie so gut werden wie die der besten Bandringkerne.
Wenn Blech mit magnetischer Vorzugsrichtung in einem geschichteten Kern benützt werden soll, muss das Ausgangsmaterial aus rechteckigen Blechen in Jochen und Schenkeln bestehen, und an allen Fugenstellen müssen überlappungsfugen verwendet werden. Überlappungsfugen sind teils notwendig, um die Reluktanz so niedrig wie möglich zu halten, und teils, damit der Kraftfluss keine grösseren Teile des Bleches quer zu der magnetischen Vorzugsrichtung des Bleches zu passieren braucht. Die Bedingung dafür, dass die Sättigung ungefähr gleichzeitig in allen Teilen längs des Kraftflussweges eintritt, wird erfüllt, wenn der Kern aus gleich breiten Blechen in Jochen und Schenkeln ausgeführt wird.
Dabei werden aber nur 50 %. an Eisenfüllung in den Schenkeln erhalten, was eine ungünstige Erhöhung der mittleren Wicklungslänge und dadurch des Kupferverbrauches der auf dem Kern angebrachten Wicklungen mit sich bringt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen geschichteten Magnetkern, der aus rechteckigen Blechen in Jochen und Schenkeln aufgebaut ist und der einen höheren Füllungsgrad des Eisens als 50 IM ermöglicht. Das Kennzeichnende ist dabei, dass jedes Schenkelblech an jeder Fugenstelle durch überlap- pungsfugen an einem Jochblech anliegt in solcher Weise, dass zwei, zu zwei aufeinanderfolgenden Schenkelblechen gehörende Jochbleche um eine Blechbreite in der Längsrichtung der Schenkelbleche zueinander verschoben sind, wenn die Fugenseiten der beiden Schenkelbleche einander zugekehrt oder in derselben Richtung gekehrt sind, während die beiden Jochbleche übereinanderliegen,
wenn die Fugenseiten der beiden aufeinanderfolgenden Schenkelbleche einander abgekehrt sind.
Unabhängig davon, aus welchem Material ein solcher Kern aufgebaut ist, wird ein schärfstmög- lichstes Knie der Magnetisierungskurve und die niedrigstmöglichste Reluktanz erhalten. Dadurch, dass der Kern aus rechteckigen Blechen aufgebaut ist, wird es aber möglich, hochwertiges Material mit magnetischer Vorzugsrichtung zu benützen. Gleichzeitig können aber auch normale, vorher hergestellte Spulen verwendet werden. Auf Grund des hohen
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Füllungsgrades des Eisens wird an Material sowohl in dem Kern als auch in den Wicklungen gespart, wobei gleichzeitig z.
B. bei einem Transduktor eine entsprechende Erhöhung der Verstärkung und des Wirkungsgrades mit einem solchen Kern erhalten wird.
Ein grosser herstellungstechnischer Vorteil liegt darin, dass das Ausgangsmaterial eines Kernes gemäss der Erfindung aus Bändern gewünschter Breite bestehen kann, die ganz fertig behandelt werden können. Für einen Kern mit gewünschten Bemessungen ist es nur notwendig, ein solches Band in Joch- und Schenkellängen entsprechender Längen zu schneiden. Bei Verwendung von hochwertigem Kernmaterial werden dabei bei der Bearbeitung die magnetischen Eigenschaften nur in einer sehr kleinen Zone an den Schnittflächen verschlechtert. Dies kann leicht dadurch aufgehoben werden, dass die Bleche entsprechend länger gemacht werden, so dass beispielsweise diese Zonen ausserhalb der überlappungsfugen herausragen.
Weil die Kernbleche nach dem Schneiden keiner Deformierung unterworfen sind, entstehen keine anderen Verschlechterungen der magnetischen Eigenschaften des Materials, und der Kern braucht nach dem Schichten nicht wärmebehandelt zu werden.
In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 bis 3 beispielsweise Fugenstellen und das Schichtungsprinzip eines Kernes nach der Erfindung. Die Fig. 4 und 5 stellen zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dar.
Die Fig. 1 zeigt eine Fugenstelle mit zwei Schenkelblechen 1 und 2, die mit überlappungsfugen an je einem Jochblech 3 und 4, vorzugsweise derselben Breite wie die Schenkelbleche, anliegen. Wenn gemäss der Fig. 1 die Jochbleche einander zugewandt und in der Pfeilrichtung aufeinandergelegt sind, wird ein Zwischenraum zwischen den Schenkelblechen 1 und 2 erhalten, der ein drittes Schenkelblech 5 mit zugehörigem Jochblech 6 umschliessen kann. Wenn die Bleche in den Pfeilrichtungen zusammengedrückt werden, liegen also die Jochbleche 4 und 6 in einer Schicht aneinander, das Jochblech 3 und das Schenkelblech 5 in der nächstfolgenden Schicht.
Bei dem weiteren Aufbau des Kernes werden weitere Schenkelbleche und entsprechende Jochbleche nach dem gezeigten Prinzip angeordnet. Damit erreicht man, dass drei Schenkelbleche direkt aneinander zu liegen kommen und dass solche Gruppen voneinander durch eine Luftschicht von der Dicke eines Bleches getrennt werden. Die Jochbleche werden auch Gruppen von drei gleich breiten Blechen bilden. Weil eine aus drei Schenkelblechen bestehende Gruppe, unter Berücksichtigung der zugehörigen Jochbleche, somit den Querschnitt von vier Schenkelblechen in dem Kern umfasst, wird in den Schenkeln eine Eisenfüllung von 75 % erhalten.
Um eine erwünschte höhere Eisenfüllung zu erhalten, kann das in Fig. 1 gezeigte Prinzip gemäss Fig. 2 weiter entwickelt werden. In Fig. 2 werden zwei weitere Schenkelbleche 7 und 8 gezeigt, die ausserhalb der Schenkelbleche 1 und 2 liegen und die gegenüber letzteren um eine Jochblechbreite in ihrer Längsrichtung verschoben sind, so dass zugehörige Jochbleche 9 bzw. 10 in derselben Schicht wie die Schenkelbleche 1 bzw. 2 angeordnet werden können. Aus Fig. 2 geht hervor, dass der Zwischenraum zwischen den Joch- blechen 9 und 10 ausgefüllt werden muss, damit ein mechanisch stabiler Kern erhalten wird.
Zu diesem Zweck können beispielsweise Streifen 11 und 12 aus unmagnetischem Material in den Kern eingelegt werden.
Ein Kern mit Fugenstellen gemäss Fig. 2 gibt eine Eisenfüllung in den Schenkeln von 83,3 %. Durch Anordnen von weiteren Schenkelblechen, deren über- lappungsfugen nach dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Prinzip stufenweise verschoben sind, kann eine beliebige Eisenfüllung erreicht werden; nur die immer mehr zunehmende Jochbreite wird hierfür eine praktische Grenze setzen.
In der Praxis wird ein Optimum an Materialaufwand für einen Kern erhalten, der aus Gruppen von Blechen gemäss Fig. 1 aufgebaut wird und bei dem die gesamte Jochbreite nur der Breite zweier Jochbleche entspricht. Ein solcher Kern ist ausserdem aus Herstellungsgründen vorteilhaft, weil die Fugenstellen kompakt sind, was bei der Zusammenpressung des Kernes und dessen Einbau in Apparate von Bedeutung ist. Fig. 3 zeigt eine Fugenstelle in einem Kern dieses Typs. Der Deutlichkeit halber sind die Schenkelbleche mit ausgezogenen Linien angedeutet, während die Jochbleche als offene Vierecke gezeigt sind.
Fig. 4 stellt perspektivisch dar, wie eine Gruppe von Blechen gemäss Fig. 1 zu einem zweischenkligen Kern zusammengesetzt werden kann. Zwei Schenkelbleche 15, 16 mit voller Schenkellänge haben zugehörige Jochbleche 17, 18 an ihrem einen Ende und Jochbleche 19, 20 an ihrem anderen Ende. Die Joch- bleche haben etwa dieselbe Breite wie die Schenkelbleche und sind übereinander angeordnet. Die genannten Bleche umrahmen ein drittes Schenkelblech 21, das zwei Blechbreiten kürzer ist als die beiden übrigen Schenkelbleche und das zwei Jochbleche 22 bzw. 23 aufweist. Zwischen dem Schenkelblech 16 und dem Schenkelblech 21 entsteht also eine Luftschicht 33.
Die Pfeile zeigen an jeder Fugenstelle den magnetischen Flussweg bei dem Übergang zwischen Joch- und Schenkelblechen.
Fig. 5 zeigt perspektivisch eine Gruppe von Blechen in einem zweischenkligen Kern, dessen Aufbau von dem vorhergehenden Kern etwas abweicht, der aber auch nach dem in Fig. 1 gezeigten Prinzip aufgebaut ist. Zwei Jochbleche 24 und 25 in derselben Schicht liegen an der einen, zwei Jochbleche 26 und 27 an der anderen Fugenstelle. Schenkelbleche 28 und 29, die je eine Blechbreite kürzer sind als die gesamte Länge des Kernes, liegen an den genannten Joch- blechen an. Über dem Schenkelblech 28 ist ein Schenkelblech 30 mit voller Kernlänge angeordnet. Zugehörige Jochbleche sind bei der erstgenannten Fugen-
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stelle mit 31 und bei der letztgenannten Fugenstelle mit 32 bezeichnet.
Auch bei dieser Ausführungsform sind Kraftflusslinien bei den Übergängen zwischen Jochblechen und Schenkelblechen gezeichnet.
Die Zeichnung zeigt nur zweischenklige Kerne, die mittels des beschriebenen Schichtungsprinzips aufgebaut sind. Es können aber auch mehrschenklige Kerne nach diesem Prinzip aufgebaut werden, wobei die Jochbleche für sämtliche Schenkelbleche gemeinsam sind. In solchen Kernen müssen manchmal gewisse Schenkel breiter als andere gemacht werden, und in diesen Fällen können natürlich statt zweier übereinanderliegender gleichbreiter Schenkelbleche solche von doppelter Breite benützt werden.
In dreischenkligen Kernen für Transduktoren muss der Mittelschenkel wenigstens doppelt so breit sein wie die Aussenschenkel. In diesem Falle kann statt zweier nebeneinanderliegender gleichbreiter Bleche in dem Mittelschenkel ein einziges Blech verwendet werden, das die gewünschte Breite hat. In derselben Weise können zwei in derselben Schicht nebeneinan- derliegende Jochbleche durch ein einziges Blech ersetzt werden.
Auf Grund der Streuverhältnisse ist es oft erwünscht, dass die Joche so dimensioniert werden, dass sie später gesättigt werden als die Schenkel. Diese Bedingung kann dadurch berücksichtigt werden, dass man die Jochbleche etwas breiter als die Schenkelbleche macht.