DE1093925B

DE1093925B - Ferromagnetic layer core

Info

Publication number: DE1093925B
Application number: DEP20376A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Philberth; Karl Philberth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-03-22
Filing date: 1958-03-22
Publication date: 1960-12-01

Description

Ferromagnetischer Schichtkern Es sind Zweischenkelschichtkerne bekannt, die ein 1,3- bis 1,8fach, vorzugsweise 1,5fach, gegenüber den Schenkeln verstärktes Joch aufweisen und Stoßfugen, die in den Kernschenkeln in einer Entfernung von 0,25- bis 0,12-, vorzugsweise 0,15facherKernschenkellänge von den Kernschenkelmitten entfernt liegen und senkrecht zur Schenkelkante über die volle Schenkelbreite verlaufen. Solche Schichtkerne sind bekanntermaßen mit jochverstärkten, verschieden lange Schenkel aufweisenden U-Blechen (Fig. 1) oder - allerdings weniger praktisch - mit U/U-Paaren (Fig. 3) von jochverstärkten U-Blechen mit jeweils gleich langen Schenkeln geschichtet.Ferromagnetic layer core Two-leg layer cores are known, which is a 1.3 to 1.8 times, preferably 1.5 times, reinforced compared to the legs Have yoke and butt joints, which in the core legs at a distance of 0.25- up to 0.12, preferably 0.15 times the core leg length from the core leg centers and run perpendicular to the edge of the leg over the full width of the leg. Such layer cores are known to have yoke-reinforced legs of different lengths having U-plates (Fig. 1) or - but less practical - with U / U pairs (Fig. 3) layered by yoke-reinforced U-plates each with legs of the same length.

Es sind ferner Schichtkerne vorgenannter Art bekannt, die vorzugsweise im Inneren noch zusätzliche Blechlagen gleichen Umrisses und Fensters enthalten, von denen jede Blechlage ebenfalls nicht mehr als zwei Stollfttgen aufweist, wobei diese erst in gerader Verlängerung der Kernschenkelinnenkante in das verbreiterte Kernjoch treten und dann nach außen derart abgewinkelt verlaufen, daß sie an einer Kernjochabschrägung enden. Solche zusätzlichen Blechlagen sind bekanntermaßen mit jochverstärkten L-Blechen (Fig. 2) geschichtet, deren Jochende innen eine senkrecht zur Richtung des Joches verlaufende Kante aufweist und außen in eine Spitze ausläuft, oder mit U/Y-Paaren (Fig.4) von je einem jochverstärkten U-Stück mit gleichlangen Schenkeln, in dessen zugespitzte Blechschenkelenden sich ein passendes Y-Jochstück einfügt.There are also layer cores of the aforementioned type known, which are preferably inside also contain additional sheet metal layers with the same outline and window, of which each sheet metal layer likewise has no more than two studs, whereby this only in a straight extension of the inner edge of the core leg into the widened one Kick core yoke and then angled outward so that they are at one End core yoke bevel. Such additional sheet metal layers are known to have Yoke-reinforced L-sheets (Fig. 2) layered, the yoke end inside a vertical has an edge running in the direction of the yoke and ends on the outside in a point, or with U / Y pairs (Fig. 4) each with a yoke-reinforced U-piece of the same length Legs, in whose pointed sheet metal leg ends there is a matching Y-yoke piece inserts.

Die genannten Kerne wurden bisher je nach Verwendungszweck aus einem der üblichen ferromagnetischen Materialien aufgebaut, z. B. aus warmgewalztem Siliziumeisen, aus kaltgewalztem Siliziumeisen oder aus Eisennickellegierungen. Die vorliegende Erfindung schlägt vor, diese Kerne in einer charakteristischen `'eise durch gemeinsame Verwendung verschiedener Materialien aufzubauen.The cores mentioned were previously made of one, depending on the intended use built up of the usual ferromagnetic materials, e.g. B. made of hot-rolled silicon iron, made of cold-rolled silicon iron or iron-nickel alloys. The present Invention proposes these nuclei in a characteristic '' ice by common Use different materials to build up.

Nach dem Stand der Technik sind bereits ferromagnetische Schichtkerne bekannt, die Lamellen verschiedener Permeabilität enthalten. Durch zwei ältere Patentschriften ist es z. B. bekannt, einen Kern gemeinsam z. B. aus Lamellen aus einer Eisennickellegierung und Lamellen aus Siliziumeisen aufzubauen. Dabei ist vorgeschlagen, daß jedes Blech höherer Permeabilität zwischen Blechen aus Siliziumeisen angeordnet ist und die Bleche aus Siliziumeisen durch Glühung eine isolierende Schicht erhalten. Diese bekannte Maßnahme erreicht den Zweck, für den gesamten Kern eine Magnetisierungskurve zu erzielen, die ungefähr dem Mittelwert der Magnetisierungskurven der beiden Materialien für sich entspricht. Dabei ist die Verwendbarkeit von unisolierten Blechen aus Eisennickellegierungen eine willkommene Fabrikationsvereinfachung. Für die Kerne von Netztransformatoren, Breitbandübertragern und ähnlichen induktiven Vorrichtungen sind zwei Arten von silizium- oder aluminiumlegierten Eisenblechen gebräuchlich: das nicht kornorientierte, warmgewalzte Blech praktisch ohne magnetische Vorzugsrichtung und das kornorientierte, kaltgewalzte Blech, das parallel zur Walzrichtung eine magnetische Vorzugsrichtung mit nur äußerst geringer Magnetisierungsleistung und Verlustleistung aufweist, das aber viel teurer ist als das warmgewalzte Blech. Es ist bekannt, die obengenannten Zweischenkelschichtkerne aus warmgewalztem oder kaltgewalztem Siliziumeisenblech zu fertigen.According to the state of the art, ferromagnetic layer cores are already used known to contain lamellae of different permeability. By two earlier patents is it z. B. known to share a core z. B. from lamellas made of an iron nickel alloy and to build lamellas from silicon iron. It is suggested that each sheet higher permeability is arranged between sheets of silicon iron and the Silicon iron sheets are given an insulating layer by annealing. These known measure achieves the purpose of a magnetization curve for the entire core to achieve roughly the mean of the magnetization curves of the two materials corresponds to itself. The usability of uninsulated sheets made of iron-nickel alloys a welcome simplification in manufacturing. For the cores of network transformers, Broadband transmitters and similar inductive devices are of two types silicon- or aluminum-alloyed iron sheets commonly used: the non-grain-oriented, hot-rolled sheet metal with practically no preferred magnetic direction and the grain-oriented, cold-rolled sheet metal with a preferred magnetic direction parallel to the rolling direction with only extremely low magnetization power and power loss, the but is much more expensive than the hot-rolled sheet. It is known the above Two-leg layer cores made of hot-rolled or cold-rolled silicon iron sheet to manufacture.

Bei der ausschließlichen Verwendung von nicht kornorientiertem, warmgewalztem Blech besteht die Schwierigkeit. daß die Bleche mit geringem Silizium-bzw. Aluminiumgehalt zwar geringe Magnetisierungsleistungen erfordern, die hohe Induktionen zu erzielen gestatten, daß aber diese Bleche hohe Eisenverluste (11o=2,3 bis 3,0 W/kg) aufweisen, so daß die hohen Induktionen nicht ausnutzbar sind. Die Bleche mit hohem Silizium- bzw. Aluminiumgehalt haben umgekehrt zwar geringe Eisenverluste (11o =1,0 bis 1,5 W/kg), erfordern aber so hohe Magnetisierungsleistungen, daß hier aus diesem Grunde keine hohen Induktionen benutzbar sind.With the exclusive use of non-grain-oriented, hot-rolled Sheet metal is the difficulty. that the sheets with little silicon or. Aluminum content require low magnetization power to achieve high inductions allow these sheets to have high iron losses (11o = 2.3 to 3.0 W / kg), so that the high inductions cannot be exploited. The sheets with high silicon and aluminum content, conversely, have low iron losses (11o = 1.0 to 1.5 W / kg), but require such high magnetization power that this is the reason no high inductions can be used.

Die ausschließliche Verwendung von kornorientierten, kaltgewalzten Blechen ermöglicht dagegen eine Steigerung der Induktion bis an die durch die Sättigung überhaupt gegebene Grenze. Sogar bei diesen hohen Induktionen bleiben die Magnetisierungsleistung und Verlustleistung noch wesentlich kleiner, als es für den Betrieb - im Vergleich zum strombedingten Kupferverlust - erforderlich wäre. Zudem ist im praktischen Betrieb immer mit unvorhersehbaren Überspannungen und gelegentlicher Verringerung der Frequenz zu rechnen, so daß im Normalbetrieb ohnehin ein Sicherheitsabstand von der Sättigungsgrenze eingehalten werden muß. Die ausschließliche Verwendung von kornorientierten, kaltgewalzten Blechen führt dabei zu einer solchen Verteuerung, daß trotz dieser technisch hervorragenden Eigenschaften solche Kerne aus kaltgewalztem Material nicht in dem an sich rein technisch möglichen Maß eingesetzt werden können. Überdies wirken sich Befestigungslöcher im Joch bei ausschließlicher Verwendung von kornorientierten, kaltgewalzten Blechen sehr ungünstig aus.The exclusive use of grain-oriented, cold-rolled Sheet metal, on the other hand, enables induction to be increased through to saturation given limit at all. Even with these high inductions, the magnetizing power remains and power loss still much smaller than it is for operation - in comparison for electricity-related copper loss - would be necessary. It is also in practical operation always with unpredictable overvoltages and occasional reductions in frequency to be expected, so that in normal operation anyway a safety margin from the saturation limit must be adhered to. The exclusive use of grain-oriented, cold-rolled Sheet metal leads to such an increase in price that despite this technically excellent Properties such cores made of cold-rolled material are not in the inherently pure technically possible measure can be used. In addition, mounting holes have an effect in the yoke with the exclusive use of grain-oriented, cold-rolled sheets very unfavorable.

Die Schwierigkeit besteht also darin, daß die warmgewalzten Bleche keine hohe Induktion erreichen, während die kostspieligen kaltgewalzten Bleche nicht voll ausgenutzt werden können. Die Erfindung macht von der Möglichkeit Gebrauch, durch gemeinsame Verwendung beider Materialien besonders günstige Eigenschaften zu erzielen. Dabei besteht das Problem, einen hierfür geeigneten Kern zu finden. Die Erfindung löst dieses Problem durch den Aufbau eines Zweischenkelschichtkerns aus gemeinsam geschichteten Blechlagen der eingangs beschriebenen Art mit Stoßfugen in den Schenkeln und in den Jochen (wie z. B. in den Fig. 1 und 2 dargestellt), wobei in ganz bestimmter Weise ein Teil der Blechlagen aus nicht kornorientierten, warmgewalztem und ein Teil der Blechlagen aus kornorientiertem, kaltgewalztem Material besteht. Hinausgehend über die aus den beiden Materialqualitäten für sich zu erwartenden Eigenschaften weist ein solcher Kern überraschende Vorteile auf, sowohl hinsichtlich seiner Materialausnutzung als auch hinsichtlich seiner geringen magnetischen Ausstreuung.So the difficulty is that the hot rolled sheets do not achieve high induction, while the expensive cold-rolled sheets do not can be fully exploited. The invention makes use of the possibility particularly favorable properties due to the joint use of both materials to achieve. The problem here is to find a suitable core for this. The invention solves this problem by constructing a two-leg layer core from jointly layered sheet metal layers of the type described above with butt joints in the legs and in the yokes (as shown, for example, in Figs. 1 and 2), whereby, in a very specific way, some of the sheet metal layers consist of non-grain-oriented, hot-rolled and some of the sheet metal layers made of grain-oriented, cold-rolled material consists. Going beyond what can be expected from the two material qualities Such a core has surprising advantages, both in terms of properties its material utilization as well as its low magnetic dispersion.

Beim Erfindungsgegenstand ist bei noch ausreichend geringen Magnetisierungsleistungen und Verlustleistungen die im Normalbetrieb praktisch ohnehin nicht überschreitbare Induktion nutzbar. Dies ist dadurch erreicht, daß in Schichtkernen der eingangs genannten Art, die sowohl aus Kernblechen mit den Stoßfugen in den Schenkeln (Fig. 1 bzw. 3) als auch aus solchen mit den Stoßfugen in den Jochen (Fig. 2 bzw. 4) bestehen, die Blechlagen mit den Schenkelstoßfugen aus nicht kornorientierten, warmgewalzten Blechen bestehen und die zusätzlich benutzten Kernbleche mit den jochstoßfugen aus kornorientierten, kaltgewalzten Blechen bestehen, deren magnetische Vorzugsrichtung parallel zu den Schenkeln gelegt ist, bei einem Y-Stück zweckmäßig parallel zum Joch. Hierbei liegt in der Regel immer eine solche Blechlage aus kornorientiertem, kaltgewalztem Blech zwischen zwei solchen Blechlagen aus nicht kornorientiertem, warmgewalztem Blech. Am geeignetsten ist hierbei eine fortwährend abwechselnde Schichtung von Schichten mit verschiedener Lage der Stoßfugen (etwa gemäß Fig. 5: ... a, b, c, d a, b, c, d ... ), wobei vorteilhaft - wie auch sonst bei Erfordernis extrem geringer magnetischer Ausstreuung - als äußerste Lagen immer nur Blechlagen mit Schenkelstoßfugen benutzt sind. Werden hierbei kaltgewalzte Bleche mit beidseitiger Lamellenisolation benutzt, so können die warmgewalzten Bleche beidseitig völlig blank bleiben (oder auch umgekehrt), was den Eisenfüllfaktor erhöht und die Fabrikation wesentlich vereinfacht.With the subject matter of the invention, the induction, which in any case practically cannot be exceeded in normal operation, can be used if the magnetization powers and power losses are still sufficiently low. This is achieved in that in layered cores of the type mentioned, which consist of core sheets with the butt joints in the legs (Fig. 1 or 3) as well as those with the butt joints in the yokes (Fig. 2 and 4) , the sheet metal layers with the limb butt joints consist of non-grain-oriented, hot-rolled sheet metal and the additionally used core sheets with the yoke butt joints consist of grain-oriented, cold-rolled sheets whose preferred magnetic direction is parallel to the limbs, in the case of a Y-piece it is expediently parallel to the yoke. Here, as a rule, such a sheet metal layer made of grain-oriented, cold-rolled sheet metal lies between two such sheet-metal layers made of non-grain-oriented, hot-rolled sheet metal. The most suitable is a continuously alternating layering of layers with different positions of the butt joints (e.g. according to Fig. 5: ... a, b, c, d a, b, c, d ... ), which is advantageous - as otherwise if extremely low magnetic scatter is required - only sheet metal layers with butt joints are used as the outermost layers. If cold-rolled sheets with lamellar insulation on both sides are used here, the hot-rolled sheets can remain completely bright on both sides (or vice versa), which increases the iron fill factor and significantly simplifies manufacture.

Die erfindungsgemäß fortlaufende Abwechslung von Schnittform und Material ergibt einen besonders günstigen Kraftflußaustausch zwischen den unterschiedlichen Lagen, so daß sich in mehrerlei Hinsicht besonders günstige Verhältnisse ergeben.The continuous alternation of cut shape and material according to the invention results in a particularly favorable exchange of force flux between the different ones Locations, so that there are particularly favorable conditions in several respects.

Die 'Mitverwendung von Kernblechlagen mit Jochstoßfugen aus kornorientierten, kaltgewalzten Blechen senkt auch bei dünnen kornorientierten, kaltgewalzten Blechen die Eisenverluste (Hysterese- und Wirbelstromverluste) so stark, daß die Kernblechlagen mit Schenkelstoßfugen etwa aus vergleichsweise starkem, nicht kornorientiertem, warmgewalztem Blech mit besonders geringem Silizium- oder Aluminiumgehalt bestehen können. Die bei solchem Blech geringeren Magnetisierungsleistungen ermöglichen eine insgesamt sehr hohe Betriebsinduktion, wobei derartige nicht kornorientierte, warmgewalzte Blechschnitte auch noch besonders billig werden.The use of core sheet metal layers with yoke butt joints made of grain-oriented, cold-rolled sheet also lowers with thin, grain-oriented, cold-rolled sheets the iron losses (hysteresis and eddy current losses) so strong that the core sheet layers with thigh butt joints made of comparatively strong, non-grain-oriented, hot-rolled sheet metal with a particularly low silicon or aluminum content can. The lower magnetization performance with such sheet metal enables a overall very high induction, with such non-grain-oriented, hot-rolled Sheet metal cuts also become particularly cheap.

Wenn z. B. für die Kernbleche aus nicht kornorientiertem, warmgewalztem Blech die hierfür meistgebräuchliche Blechstärke von 0,50 mm und für die Kernbleche aus kornorientiertem, kaltgewalztem Blech die hierfür meistgebräuchliche Stärke von 0,35 mm benutzt wird, ergibt sich somit insgesamt ein Kern mit etwa 601% warmgewalztem Blech und nur etwa 40°/o kaltgewalztem Blech. Bei einer solchen Querschnittverteilung ist der magnetische Widerstand der Schenkelstoßfugen noch sehr beachtlich, während sich in den Jochen noch praktisch kein Stoßfugeneinfluß bemerkbar macht. Da bei derartigen Kernen gerade die erhöhten magnetischen Spannungen an den Schenkelstoßfugen, wie festgestellt wurde, eine extrem geringe magnetische Ausstreuung bewirken, während Jochstoßfugen die magnetische Ausstreuung steigern, wird somit bei erfindungsgemäßer Mitverwendung von dünneren kornorientierten, kaltgewalzten Blechen mit jochstoßfugen die magnetische Ausstreuung nur wenig erhöht, während die Magnetisierungsleistung aus folgenden Gründen stark abfällt: Im verbreiterten Joch stören die Jochstoßfugen der Blechlagen aus den kornorientierten, kaltgewalzten Blechen schon deshalb weniger, da im Joch der Kraftfluß ohnehin senkrecht zur magnetischen Vorzugsrichtung verläuft und sich dadurch ähnliche Verhältnisse wie in nicht kornorientierten, warmgewalzten Blechen ergeben. Infolge der Verbreiterung der Joche vermögen bereits die Blechlagen aus den nicht kornorientierten, warmgewalzten Blechen den größten Teil des Kraftflusses ohne nennenswerte Magnetisierungsleistungen und Verlustleistungen aufzunehmen.If z. B. for the core sheets made of non-grain-oriented, hot-rolled Sheet metal the most common sheet metal thickness of 0.50 mm for this and for the core sheets made of grain-oriented, cold-rolled sheet metal, the most common strength for this 0.35 mm is used, the overall result is a core with about 601% hot-rolled Sheet and only about 40 per cent. Cold-rolled sheet. With such a cross-sectional distribution the magnetic resistance of the butt joints is still very considerable while Practically no butt joint influence is noticeable in the yokes. Included such cores precisely the increased magnetic tensions at the butt joints, have been found to cause extremely little magnetic leakage while Yoke butt joints increase the magnetic scattering, is thus in accordance with the invention Use of thinner grain-oriented, cold-rolled sheets with yoke joints the magnetic dispersion only slightly increases, while the magnetizing power drops sharply for the following reasons: In the widened yoke, the yoke butt joints interfere of the sheet metal layers from the grain-oriented, cold-rolled sheets for that reason alone less, since the power flow in the yoke is perpendicular to the preferred magnetic direction anyway and thereby similar conditions as in non-grain-oriented, hot-rolled Sheet metal. As a result of the widening of the yokes, the sheet metal layers are already capable the majority of the force flow from the non-grain-oriented, hot-rolled sheets without absorbing noteworthy magnetization and power losses.

In den viel höher beanspruchten Schenkeln, in denen die Blechlagen aus kornorientierten, kaltgewalzten Blechen ohne Schenkelstoßfugen mit ihrer Vorzugsrichtung parallel zum Schenkel liegen, läuft jedoch der Kraftfluß bevorzugt in den kornorientierten, kaltgewalzten Blechlagen, die dadurch nahezu bis zur Sättigung ausgenutzt werden. Hierdurch werden im Normalbetrieb die Blechlagen aus dem nicht kornorientierten, warmgewalzten Blech stark entlastet, so daß insgesamt die Magnetisierungsleistungen und Verlustleistungen gering bleiben. Bei gelegentlicher Überspannung und Verringerung der Frequenz bieten die entlasteten Blechlagen aus dem nicht kornorientierten, warmgewalzten Blech immer noch eine hinreichende Reserve.In the legs, which are subject to much higher loads, in which the sheet metal layers Made of grain-oriented, cold-rolled sheets without butt joints with their preferred direction lie parallel to the leg, but the flow of force runs preferentially in the grain-oriented, cold-rolled sheet metal layers, which are used almost to saturation. As a result, in normal operation, the sheet metal layers are removed from the non-grain-oriented, hot-rolled sheet is greatly relieved, so that overall the magnetization performance and power losses remain low. With occasional overvoltage and reduction The relieved sheet metal layers from the non-grain-oriented, hot-rolled ones offer the frequency Sheet metal still has a sufficient reserve.

Die Anbringung von Befestigungslöchern im Joch ist bei der erfindungsgemäßen Kombination von kornorientierten, kaltgewalzten und nicht kornorientierten, warmgewalzten Blechen nicht so störend wie bei der ausschließlichen Benutzung von kornorientierten, kaltgewalzten Blechen.The attachment of mounting holes in the yoke is in accordance with the invention Combination of grain-oriented, cold-rolled and non-grain-oriented, hot-rolled Sheet metal is not as annoying as with the exclusive use of grain-oriented, cold rolled sheets.

Dieses Zusammenwirken der nicht kornorientierten, warmgewalzten Bleche in den Kernblechlagen mit Schenkelstoßfugen schon mit einem geringeren Gewichtsprozentsatz kornorientierten, kaltgewalzten Bleches in den Kernblechlagen mit Jochstoßfugen ergibt somit einen Schichtkern, der hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit den teuren Kernen aus nur kornorientierten, kaltgewalzten Blechen und hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit den billigen Kernen aus nur nicht kornorientierten, warmgewalzten Blechen nahekommt. So kann z. B. ein Kern mit warmgewalztem Blech DIN III von 0,5 mm Stärke und kaltgewalztem Blech mit Vio = 0,6 W/kg und 0,35 mm Stärke mit einer Induktion bis über 17 kGauß betrieben werden, wobei er bereits billiger ist als ein Kern mit nur warmgewalztem Blech DIN IV von 0,35 mm.This interaction of the non-grain-oriented, hot-rolled sheets in the core sheet layers with butt joints with a lower weight percentage Grain-oriented, cold-rolled sheet in the core sheet layers with yoke butt joints thus results in a layer core that is expensive in terms of its performance Cores from only grain-oriented, cold-rolled sheets and with regard to his Economy the cheap cores from only non-grain-oriented, hot-rolled Sheet metal comes close. So z. B. a core with hot-rolled sheet DIN III of 0.5 mm thickness and cold-rolled sheet with Vio = 0.6 W / kg and 0.35 mm thickness with a Induction can be operated up to over 17 kGauss, whereby it is already cheaper than a core with only hot-rolled sheet DIN IV of 0.35 mm.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Ferromagnetic layer core with two legs of the same width and two reinforced yokes connecting the legs at the end connect, consisting of sheet metal layers each with two leg butt joints as well as made of sheet metal layers each with two yoke joints, characterized in that sheet metal layers with thigh butt joints made of not or not significantly grain-oriented, hot-rolled Sheets and sheet metal layers with yoke joints made of grain-oriented, cold-rolled sheets are made with parallel to the legs lying magnetic preferred direction.

2. Layer core according to claim 1, characterized in that there is always a sheet metal layer made of grain-oriented, cold-rolled sheet metal between two sheet metal layers made of not or not significantly grain-oriented, hot-rolled sheet comes to rest; preferably such that as the outermost sheet metal layers such sheet metal layers with butt joints in the leg are present.

3. Layer core according to claim 1 or 2, characterized in that the Sheet thickness of the sheet metal layers made of grain-oriented, cold-rolled sheet metal is less than the sheet thickness of the sheet metal layers made of not or not significantly grain-oriented, hot rolled sheet metal.

4. Layer core according to claim 1 to 3, characterized in that that the grain-oriented, cold-rolled sheets insulated on both sides and the not or not substantially grain-oriented, hot-rolled sheets are bright on both sides, or the other way around. Considered publications: German Patent Specifications No. 657 739, 710 983; "Funkschau", volume 4, 1956, pp. 135 to 137; "Radio Mentor", no. 3 1956, Pp. 142/143; »Elektro-Anzeiger« from July 7, 1956, pp. 267 to 269.