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Verfahren zur Herstellung von magnetischen Kernen, insbesondere für elektrische Transformatoren und Drosselspulen Es ist bekannt, dass es bei der Konstruktion der Kerne, insbesondere von Transformatoren und Drosselspulen von Vorteil ist, sich der Kreiszylinderform möglichst anzupassen. Die Füllung der vom umschriebenen Kurs gebildeten Querschnittsfläche mit Eisen gibt dann die besten Verhältnisse, wenn das Minimum des Materialpreises angestrebt wird. Des weiteren sollte es möglich sein, eine genügend kräftige Konstruktion zu bekommen, ohne die Bleche lochen zu müssen, was in magnetischer Hinsicht zu ungünstigen Eigenschaften führen würde.
Um die erwähnten Vorteile zu erreichen, sind verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden: Anwendung parallel liegender Bleche von nach aussen abnehmender Breite, derart, dass die Blechkanten möglichst auf einem umschriebenen Kreise liegen, oder radial angeordnete Bleche verschiedener Breite in nach aussen zunehmender Zahl, oder schliesslich Anwendung von Blechen gleicher Breite, welche nach einer Evolvente des Kreises gebogen sind und dicht aufeinander liegen.
Die letztgenannte Konstruktion ist bisher nicht in grösserem Masse industriell angewendet worden oder dann nur für Transformatoren sehr kleiner Leistung, weil gewisse Schwierigkeiten nicht überwunden werden konnten. Tatsächlich benötigt das Formen der zunächst ebenen Bleche nach einer Evolvente sehr bedeutende Kräfte, welche umso grösser sind als die Abmessungen bei grösseren Leistungen wachsen. Die entstehenden inneren mechanischen Spannungen und die Elastizität der Bleche bringen grosse Schwierigkeiten bezüglich der Wahrung der Form der aus diesen Blechen gebildeten Teile des magnetischen Kreises, welche um so grösser sind, je grösser die Abmessungen dieser Teile werden.
Es wird dann nötig, grosse Zwingen zum Zusammenhalten zu verwenden, deren Abmessungen die Fabrikation behindern. Ferner werden durch solche Einspannkräfte die ursprün- liehen magnetischen Eigenschaften beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem Verfahren zur Herstellung von magnetischen Kernen insbesondere von Transformatoren und Drosselspulen, bei welchen mind'es'tens teilweise nach einer Kreis- evolvente gebogene Bleche verwendet werden. Die- ;ses Herstellungsverfahren ergibt eine interessante industrielle Anwendung und grosse Festigkeit der Konstruktion bei guten elektromagnetischen Eigenschaften. Nach diesem Verfahren ist es möglich, magnetische Kerne auch sehr grosser räumlicher Abmessungen zu bauen und insbesondere gute Verhältnisse hinsichtlich der gegebenenfalls anzuwendenden Kühlung zu erhalten.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist durch die nachstehend genannten Schritte gekennzeichnet: a) die ebenen Bleche werden in Streifen gleicher, durch die Eigenschaften des magnetischen Kreises vorgegebener Breite und Länge geschnitten und dann vorgeformt, so dass sie ungefähr die Form der theoretisch gewünschten Evolvente haben; b) die auf diese Weise vorgeformten Bleche werden so um einen Dorn herum angeordnet, dass ihre Gesamtheit einen hohlen Kreiszylinder bildet.
Dann werden sie durch kräftige Zwingen zusammenge- presst, bis der Aussendurchmesser des Zylinders dem theoretischen Wert entspricht, wobei die -einzelnen Bleche gezwungen sind, praktisch die Form der Kreisevolvente anzunehmen; c) der ganze aus Blechen gebildete Zylinder wird nun einer Wärmebehandlung durch Glühen, im allgemeinen bei einer Temperatur oberhalb 700 unterworfen;
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d) nach der Wärmebehandlung werden die Zwingen wieder entfernt.
Durch diesen Glühprozess bei Temperaturen von meist mehr als 700 werden die elastischen mechanischen Spannungen der Bleche beseitigt und ihnen gleichzeitig die magnetischen Eigenschaften wieder gegeben, welche sie durch das Vorformen verloren hatten.
Der grosse Vorteil der Wärmebehandlung der vorgeformten und zusammengepressten Blechkonstruktion besteht darin, dass ihr eine grosse Festigkeit und Steifheit verliehen wird, welche es ermöglicht., die Zwingen wieder zu entfernen, ohne dass die Bleche sich deformieren.
Damit die Wärmebehandlung möglich ist ohne Schaden für die bekanntlich nötige Isolation der Bleche, müssen diese selbstverständlich von einer isolierenden Schicht überzogen sein, welche durch die genannten Temperaturen nicht beschädigt wird.
Diese nach der mechanischen Verformung der Bleche angewendete Wärmebehandlung der Kernteile ist besonders dann vorteilhaft, wenn Bleche mit ausgerichteter Kristallstruktur verwendet werden. Nach dem Glühen findet keine weitere Behandlung mehr statt; eine solche würde die magnetischen Eigenschaften der Bleche nur stören, da letztere gegen mechanische Deformation bekanntlich sehr empfindlich sind.
Die nachfolgende Beschreibung mit den Zeichnungen dient der näheren Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Sie bezieht sich auf das Beispiel der Herstellung eines Transformatorkernes und die dabei verwendeten Mittel. Es versteht sich dabei, dass die Erfindung nicht auf diesen Teil eines magnetischen Kreises beschränkt ist, sondern ebensogut auf ein Transformatorjochteil oder Teile einer Drosselspule oder analoge Apparate sinngemäss angeordnet werden kann.
Die Fig. 1 bis 4 sind schematische Darstellungen von Querschnitten von auf verschiedene Weise gemäss der Erfindung hergestellten Kernen.
Die Fig.5 und 6 sind entsprechende Längsschnitte durch die betreffenden Kerne und zugehörigen Jochteile.
Der in Fig. 1 dargestellte Kern besteht aus Blechen 1, welche nach einer Kreisevolvente gebogen und um einen zylinderförmigen Montagedorn 2 sich gegenseitig berührend angeordnet sind. Der Umfang dieses Zylinders ist der Basiskreis der Evolventen, wobei die Bleche auf ihm senkrecht münden. Es ist jedoch keineswegs immer erforderlich, dass die Bleche bei diesem Kreis beginnen. Sie können auch schon bei einem grösseren Radius enden.
Eine Anzahl benachbarter Bleche kann weggelassen und der Zwischenraum durch passende Isolierstücke gesichert werden, so dass ein Kühlkanal konstanter Breite parallel zu den Blechoberflächen entsteht, welcher von einer Kühlflüssigkeit durch- strömt werden kann. Durch solche Kanäle wird die Möglichkeit von Kurzschlüssen zwischen den Blechen über ihre oft nicht entgrateten Ränder vermindert. Anstelle eines weggelassenen Bleches kann nötigenfalls eine Isolierschicht vorgesehen werden.
Eine kräftige Zwinge 5 dient zum Zusammenhalten der, wie oben beschrieben, vorgängig gebogenen Bleche, welche durch starkes Zusammenpressen die dargestellte Form annehmen. Nach dem Glüh- prozess wird diese Zwinge 5 entfernt.
Der in Fig. 2 dargestellte Kern betrifft den Fall, wo der durch die maximale Breite der Bleche 1 bestimmte Umkreis 3 kleiner ist, als der Umfang 6 des benötigten Kernquerschnittes. Man kann dann zwei oder mehrere konzentrisch angeordnete und nach der Erfindung hergestellte Kernteile benützen, welche ineinandergeschoben werden. Im Falle von beispielsweise zwei Kernteilen, die in der Figur dargestellt sind, lehnen sich die ebenfalls evolventenförmigen Bleche 1' des äusseren Teiles an den Umkreis 3 und reichen bis zum Umfang 6.
Zwischen beiden Kennteilen kann ein ringförmiger Zwischenraum vorgesehen sein, welcher von den Kreisen 3 und s' begrenzt ist, und als Kühlkanal benutzt werden kann.
Die Bleche des äusseren Kernteiles können im gleichen Sinn gebogen sein (Bleche l') wie die inneren Bleche 1, oder eine entgegengesetzte Biegung (Bleche 1") aufweisen. Ihre Anzahl kann gleich oder verschieden von der Anzahl der Bleche 1 sein.
Im Beispiel gemäss Fig. 3 sind die Bleche in die Form von zwei aneinanderstossenden Evolventen gebogen. Ein Teil des Bleches ist zum Beispiel nach einer Evolvente 1 gebogen, welche sich vom Kreis 2 bis zum Kreis 3 erstreckt, während der übrige Teil nach der Evolvente 11' im entgegengesetzten Sinne gebogen ist, welche beim Kreis 8 endet.
Man kann aber die Bleche auch so biegen, dass auf den evol.ventenförmigen Teil 1 auf eine passende Strecke ein radial gerichteter Teil 12 folgt und der dann folgende restliche Teil wieder in die Form einer Evolvente 13 (von gleichem oder entgegengesetztem Biegungssinri) gebogen ist. Auf diese Weise erhält man zwischen den Kreisen 3 und 9 einen Kernteil mit axialen Lücken, welche von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden können. Diese Art der Kühlung gemäss der Erfindung ist sehr wirksam, weil die Kühlflüssigkeit mit allen Flächen der Bleche in Berührung kommt.
Sie lässt sich auch den Erfordernissen gut anpassen, weil die radiale Länge des Teiles 12 der Bleche genau der benötigten Kühlfläche angepasst werden kann, und dabei ein Minimum an Eisenfüll- faktor des magnetischen Querschnittes verlorengeht.
Die Kühlung des Kernes kann verbessert werden, indem das eine oder beide der verschiedenen in Fig. 4 dargestellten Mittel benützt werden.
In der Ansammlung der Bleche 1 befindet sich ,eine gewisse Anzahl von Blechen 14, welche breiter sind und gegen innen über den Kreis 2 hineinragen,
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oder von Blechen 15, welche über den Kreis 3 hinausragen.
Diese Mittel zur Kühlverbesserung können auch bei den Kernen gemäss der oben beschriebenen Ausführungsbeispielen angewendet werden.
Der Kern A, dargestellt in Fig. 5 wird von zwei Jochen B und B' begrenzt. Es kann in gewissen Fällen von Interesse sein, zum Zwecke der Erhöhung der Festigkeit alle Bleche durch eine Schweissnaht zusammenzuhalten oder an den Enden des inneren Hohlraumes bei S und S' eine Platte einzuschweissen. Diese Schweissnähte stören nicht die Anfügung der Jochteile, welche sich auf den äusseren Teil des Kernes stützen.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 stossen die Joche B und B' seitlich an den Kern A. Die Schweissnähte befinden sich dann in an sich bekannter Weise an den Endflächen des Kernes bei T und T'.
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen können zum Zwecke der Erhöhung der Festigkeit des Kernes, ohne aus dem Rahmen der Erfindung zu treten, die Bleche durch ein gegenüber dem Glüh- prozess widerstandsfestes Klebemittel oder durch eine isolierende Umhüllung miteinander fester verbunden werden.
Es ist klar dass die beschriebenen Mittel zur Herstellung von magnetischen Kernen auf alle Teile des Magnetkreises bei ' Transformatoren, Drosseln oder analogen Apparaten, wie Betatrons oder Synchrotrons usw. angewendet werden können.