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Verfahren zur Herstellung eines lamellierten, magnetischen Kerns für elektrische Maschinen und Apparate und nach diesem Verfahren hergestellter, lamellierter magnetischer Kern Das Patent betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines lamellierten, magnetischen Kerns für elektrische Maschinen und Apparate und einen nach diesem Verfahren hergestellten, lamellierten magnetischen Kern.
Magnetische Kerne der genannten Art finden in elektrischen Maschinen und Apparaten, die mit magnetischen Feldern wechselnder Intensität arbeiten, vielseitige Verwendung, beispielsweise in Generatoren, Motoren, Transformatoren, übertragern, Drosseln, Transduktoren und Relais und als Schwingkörper magnetostriktiver Schwingungserzeuger und -indikatoren.
Zwecks Vereinfachung der Beschreibung des erfindungsgemässen Verfahrens und des nach diesem Verfahren hergestellten, erfindungsgemässen magnetischen Kerns wird im folgenden nur von Transfor- matorenkernen ausgegangen, wobei im vorliegenden Zusammenhang kein Unterschied zwischen Kernen für Transformatoren, Übertrager, Drosseln und Transduktoren besteht und auch diese sich nur durch ihre Form von lamellierten magnetischen Kernen anderer elektrischer Maschinen und Apparate unterscheiden.
Beim Zusammenbau von Transformatoren wurden bisher die einzelnen Kernbleche, die an einer Seite eine Isolierpapierschicht trugen, einzeln nacheinander in den Hohlraum der Spule bzw. in die Hohlräume der Spulen gesteckt. Dieser Verfahrensschritt, das sog. Einblechen, war, besonders wenn es sich um M-Bleche handelte, umständlich, weil bei jedem Blech zuerst der mittlere Schenkel (Steg) abgebogen und in die Spule gesteckt und danach der Rahmen zurückgebogen werden musste. Es war unvermeidlich, dass das Blech dann nicht mehr eben war. Das wirkte sich nachteilig auf den Füllfaktor aus und verstärkte bei Wechselstromtransformatoren auch das unerwünschte Vibrieren der Bleche im Betrieb.
Beim Einstecken der einzelnen Bleche bestand immer die Gefahr, dass die Spule durch den rahmenförmigen Teil der M-Bleche beschädigt wurde, insbesondere, wenn sie zahlreiche Enden oder Abgriffe hatte oder zur optimalen Ausnutzung des Fensterquerschnitts verhältnismässig gross und/oder ohne Flanschen ausgeführt war. Diese Nachteile bestanden auch bei Verarbeitung von E- und U-Blechen. Diese mussten im Gegensatz zu den M-Blechen nicht gebogen werden, jedoch waren niemals alle Bleche hinreichend plan.
E- und U- Bleche wurden zur Bildung geschlossener Kerne mit I-Blechen kombiniert. Der Luftspalt wurde durch sog. wechselseitige oder überlappende Schichtung der Bleche erforderlichenfalls möglichst klein gehalten.
Da der Kern bisher erst durch Zusammenbau der Bleche mit der Spule entstand, also nur Bleche und Spulen als Halbfabrikate verwendet wurden, und das Einblechen zeitraubend war, konnte man nicht bei dringendem Bedarf rasch einen Transformator zusammenstellen.
Zur Herstellung von Kernen für spezielle Zwecke wurde auch kornorientiertes Dynamoblechband auf eine Form gewickelt, der Wickel durch Imprägnieren verfestigt und durch Trennschleifen in zwei U-för- mige Teile zerteilt. Aus zwei solchen Teilen konnte ein einfacher geschlossener Kern, aus vier solchen Teilen ein Mantelkern zusammengesetzt werden, ohne dass es nötig war, den Kern erst beim Zusammenbau mit der Spule oder den Spulen zu schichten. Dabei konnte man verschiedene Kernteile und verschiedene
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Spulen als Halbfabrikate vorfabrizieren und nach Bedarf in kurzer Zeit zusammenstellen.
Solche Kerne waren jedoch wegen des kostspieligen korngerichteten Magnetblechbandes speziellen Anwendungsgebieten vorbehalten.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass die Kernbleche mit einer elektrisch isolierenden Bindemittelschicht versehen und zur Bildung des Kerns geschichtet und zusammengepresst werden, und das Bindemittel unter dem Pressdruck zum Erstarren gebracht wird. Dadurch erhält man z. B. unter Verwendung der üblichen U-, E- oder I-Bleche einen vorfabrizierten Kern bzw. vorfabrizierte Kernteile, die einfach und schnell als Ganzes in den Hohlraum einer oder mehrerer Spulen geschoben werden können.
Der erfindungsgemässe, lamellierte, magnetische Kern zeichnet sich dadurch aus, dass er nach diesem Verfahren hergestellt ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen, lamellierten, magnetischen Kerns dargestellt.
Im Zusammenhang damit wird auch das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung dieses Kerns beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Mantelkernblech, Fig. 2 einen aus zwei E förmigen Teilen bestehenden Mantelkern in aufgegliederter, perspektivischer Darstellung, Fig. 3 den Kern nach Fig. 2 im zusammengesetzten Zustand, mit Montagerahmen, Fig. 4 ein Rahmenkernblech, Fig. 5 einen aus zwei U-förmigen Teilen bestehenden Rahmenkern in aufgegliederter, perspektivischer Darstellung, Fig. 6 eine Schnittfolge zum Stanzen von U-Blechen,
Fig. 7 einen aus drei E-förmigen und drei I-för- migen Teilen bestehenden Mantelkern in aufgegliederter, perspektivischer Darstellung, Fig. 8 einen aus acht U-förmigen Teilen bestehenden Mantelkern in aufgegliederter, perspektivischer Darstellung.
Zur Herstellung des Kerns nach Fig. 2 werden Bleche der in Fig. 1 dargestellten Form gestanzt, einseitig mit einer Schicht aus einem elektrisch isolierenden Bindemittel, z. B. einem thermisch härt- baren Klebstoff auf Kunststoff-, insbesondere Kunstharzbasis, versehen, bis zum Erreichen einer vorbestimmten Stapelhöhe so übereinandergestapelt, dass sich zwischen je zwei Blechen eine Klebstoffschicht befindet. Der Stapel wird zusammengepresst und bis zum Erhärten oder Aushärten des Klebstoffs unter dem Pressdruck gehalten, je nach der Art des Klebstoffes gegebenenfalls auf einer bestimmten Temperatur.
Die vorbestimmte Stapelhöhe ist um einen empirisch festzustellenden, relativen Wert grösser als die gewünschte Kerndicke (Paketstärke). Nach dem Erhärten oder Aushärten des Klebstoffs wird das Blechpaket aus der Presse genommen und durch Trennschleifen in die beiden in Fig. 2 dargestellten Teile zerteilt. Durch das Trennschleifen entsteht eine ebene Trennfläche ohne Grat. Wenn das Blechpaket nach einem anderen Verfahren zerteilt wird, kann es erforderlich sein, die Trennflächen genau im rechten Winkel zu den anderen Kernflächen plan zu schleifen. In jedem Falle ist ein eventuell an den einzelnen Blechen entstandener Grat zu entfernen, was auch chemisch durch Ätzen erfolgen kann.
Die beiden Kernteile nach Fig. 2 können dann mit ihrem mittleren Schenkel in den Hohlraum einer Spule von beiden Seiten her gesteckt und, wie Fig. 3 zeigt (in welcher die Spule nicht dargestellt ist), durch Montagerahmen und Schrauben zusammengehalten werden. In Fig. 3 sind mit 1 a und 1 b die Bleche, mit 2 die Montagerahmen und mit 3 die Schrauben bezeichnet.
Als Bindemittel hat sich beispielsweise wärmehärtender Klebefilm (synthetischer Kautschuk, Phenol- Basis) bewährt, der unter der Bezeichnung bonding film (der Firma 3M-Company, Minnesota, USA) bekannt ist. Dieser Klebstoff ist in Form eines trockenen Films, der sich auf einer nicht klebenden Trägerfolie befindet, handelsüblich und von der Trägerfolie auf die Bleche zu übertragen. Da dieser Klebefilm zunächst nicht klebrig ist, ist er bequem in der Verwendung, er bewirkt bei einer Temperatur von etwa 150 C, bei welcher er in etwa 10 Minuten aushärtet, eine feste und dauerhafte, elektrisch isolierende Verbindung der Bleche.
Der erwähnte bonding film kann statt auf eine Trägerfolie auch direkt auf die Blechtafeln aufgetragen werden, so dass das Blech (statt wie bisher üblich mit Papier oder Lack) mit einer Klebstoffsehicht belegt ist. Die übertragung des Kleb- stoff-Filmes von der Trägerfolie auf die ausgestanzten Bleche erübrigt sich dann. Dies bedeutet eine ganz wesentliche Einsparung an Arbeitsaufwand.
Man kann auch einen anderen Klebstoff (z. B. auf Epoxy-Basis) in flüssigem Zustand mittels einer Spritzpistole oder nach einem anderen geeigneten Beschichtungsverfahren auf die Bleche auftragen und die Bleche vor oder nach dem Trocknen der Klebstoffschicht stapeln, zusammenpressen und gegebenenfalls unter Druck erwärmen, je nach der Art des Klebstoffs.
Für Fig. 4 und 5 gilt das im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 Gesagte sinngemäss mit dem Unterschied, dass es sich hier um einen rahmenförmigen Kern, also beispielsweise um einen Kern für einen Kerntransformator handelt. Jede der Hälften des Kerns nach Fig. 5 kann auch aus U-Blechen zusammengesetzt werden. Fig. 6 zeigt eine Schnittfolge für das Stanzen solcher Bleche ohne Materialverlust. Die Stirnseiten der Schenkel der Kernhälften sind planzuschleifen und sollen keinen Grat aufweisen.
Fig. 7 zeigt, wie ein Mantelkern aus E-förmigera Teilen 4 und I-förmigen Teilen 5 der beschriebenen Art durch wechselseitige oder überlappende Schichtung zusammengefügt werden kann. Je nach der
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Anzahl der übereinandergeschichteten Kernteile können dabei verschiedene Kernquerschnitte erzielt werden.
In entsprechender Weise können auch rahmenförmige Kerne, z. B. für Kerntransformatoren, aus U-förmigen und I-förmigen Teilen zusammengesetzt werden.
Nach Fig. 8 ist ein Mantelkern aus einem ganz- zahligen Vielfachen von vier U-förmigen Kernteilen zusammengesetzt. Eine (nicht dargestellte) Variante zu dieser Ausführung entsteht dadurch, dass die halbe Anzahl der U-förmigen Kernteile durch I-för- mige Kernteile ersetzt wird, wobei eine wechselseitige oder überlappende Schichtung entsprechend dem in Fig. 7 gezeigten Aufbau zweckmässig ist.
Wenn die Isolierschichten zwischen den einzelnen Blechen beim vorliegenden Verfahren erst unmittelbar vor dem Zusammensetzen der Bleche aufgebracht werden, beispielsweise bei Verwendung des genannten bonding film oder eines ähnlichen Klebefilms, kann man sie äusserst dünn bemessen, weil sie dann nur auf Druck beansprucht und praktisch keiner Verletzungsgefahr ausgesetzt werden. Im Gegensatz dazu wurden bisher die Transforma- torenbleche mit isolierender Papierschicht geliefert und beim Zusammensetzen der Kerns teilweise unter Druck aneinander geschoben. Bei der Lieferung, der Lagerung und beim Zusammensetzen der Bleche bestand die Gefahr, dass die isolierende Papierschicht verletzt wurde.
Daher konnte die Isolierschicht bisher nicht sehr dünn bemessen werden. Somit ist nach dem vorliegenden Verfahren ein grösserer Füllfaktor erzielbar. Auch durch die Möglichkeit, das Blechpaket während des Erhärtens oder Aushärtens der Klebstoffschichten einem Druck auszusetzen, der nicht nur gross, sondern auch an der ganzen Oberfläche des Paketes wirksam ist, kann nach dem beschriebenen Verfahren vorteilhaft ein grösserer Füllfaktor erzielt werden als beim bisher üblichen Einstecken der Bleche in den Hohlraum einer Spule.
Wenn einzelne Bleche nicht ganz eben sind, werden sie unter dem Pressdruck eben gerichtet. Nach dem Erhärten der Klebstoffschichten bleiben sie dann eben.
Wird der beschriebene Kern in eine Spule eingesetzt, so besteht praktisch kein Anlass zu einer Beschädigung derselben, wogegen die Gefahr einer Beschädigung der Spule erheblich ist, wenn nach dem bisherigen Verfahren eine grosse Anzahl Bleche Stück für Stück in die Spule gesteckt werden.
Da der beschriebene Kern einen starren Körper bildet, weil die Bleche an ihrer ganzen Fläche miteinander verbunden sind, vibriert er bei Wechselstrombetrieb nicht, im Gegensatz zu den bisherigen Kernen, die aus einem Blechpaket bestehen, dessen Bleche nur an einigen Stellen des Randes miteinander verbunden sind.