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Mehrteiliger Kernblechschnitt für Zwei- oder Dreischenkeltransformatoren
kleinerer Leistung Der Anmeldungsgegenstand betrifft einen mehrteiligen Kernblechschnitt
für Zwei- oder Dreischenkeltransformatoren kleinerer Leistung unter Verwendung von
mit Schrägschnitt an oder in die Jodbleche anstoßenden oder einmündenden Schenkelblechen.
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Für die Eisenkerne von Kleintransformatoren verwendet man gewöhnlich
1- bis 3teilige Blechteile, die mit Hilfe eines Stanzwerkzeugs in einem einzigen
Arbeitsgang hergestellt werden. Bei den Kernen für Transformatoren großer Leistung
besteht dagegen jede Lage aus einzelnen Blechstreifen, die üblicherweise auf Schlag-
oder Rollenscheren geschnitten werden. Die Kerne für Transformatoren kleinerer Leistung
sind schon so groß, daß es unwirtschaftlich wäre, sie mit Hilfe von Stanzwerkzeugen
in einem Arbeitsgang auszustanzen. Andererseits sind sie aber noch so klein, daß
es zu zeitraubend wäre, ihre Blechlagen aus vielen geschnittenen Einzelstreifen
zusammenzusetzen; außerdem ist ihre magnetische Weglänge noch so klein, daß der
magnetische Widerstand der vielen Übergänge von Streifen zu Streifen die magnetischen
Eigenschaften wesentlich verschlechtern würde. Es besteht daher das Problem, für
Transformatoren kleinerer Leistung mehrteilige Kernblechschnitte zu verwenden, die
einfach und abfallarm in der Herstellung und der Zusammenfügung sind und einen Kern
mit günstigen magnetischen Eigenschaften ergeben. Die Kernblechschnitte nach der
Erfindung vereinigen diese Eigenschaften in vorteilhafter Weise.
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Bekannt sind mehrteilige Kernblechschnitte für Zwei- oder Dreischenkeltransformatoren
mit Schenkelblechen, die mit Schrägschnitt an oder in die Jochbleche anstoßen bzw.
einmünden.
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Ein bekannter Schichtkern besitzt Stoßfugen bzw. übertrittskanten,
die in jeder Kernecke von dem gemeinsamen Fenstereckpunkt aus in benachbarten Schichten
in verschiedenen Richtungen, die jedoch von der Längsrichtung der Schenkel um weniger
als 33'41' abweichen, verlaufen; dabei ist durch Vergrößerung der Jochbreite auf
mindestens das 1,5-fache der Schenkelbreite die Länge der übertrittskanten dem doppelten
Betrag der Schenkelbreite so weit angenähert, daß eine scherungsarme Magnetisierungskennlinie
erzielt wird. Beträgt hierbei die Jochbreite weniger als das Zweifache der Schenkelbreite,
so müssen 4teilige Blechlagen vorgesehen werden, die über dem Fenster ein vollgefülltes
Kernjoch ergeben. Erst von der 2fachen Schenkelbreite ab können 3teilige Blechlagen
mit über dem Fenster halbgefülltem Kernjoch benutzt werden. In allen Fällen bedeutet
diese Schichtung jedoch ein bedeutendes Kernmehrgewicht, das vor allem für transportable,
insbesondere für tragbare Transformatoren, z. B. Schweißtransformatoren, sehr nachteilig
ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die langen Blechteile, welche die
Schenkel bilden, am einen Ende unter einem anderen Winkel abgeschnitten sind als
am anderen Ende, beispielsweise am einen Ende senkrecht, am anderen Ende schräg.
Dieser Nachteil, der überhaupt bei den trapezförmigen Schnitten gegeben ist, erschwert
es, alle Blechstreifen mit genau gleicher Länge zu schneiden, was für eine genaue
Schichtung des Kernblechpakets und zur Erzielung enggefügter Stoßstellen notwendig
ist.
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Ferner sind Kerne aus trapezförmig geschnittenen Blechstreifen bekannt,
deren lange Parallelseiten an der Kernaußenseite und deren kurze Parallelseiten
am Fenster zu liegen kommen, wobei die Schrägungen etwa diagonale Stoßfugen in den
Kernecken ergeben. Um hierbei überlappungen zu erzielen, werden entweder die Streifen
beim Schichten in aufeinanderfolgenden Lagen gegeneinander geringfügig verschoben
oder die Schrägungswinkel geringfügig unterschiedlich eingerichtet bzw. durch abgewinkelte
Schnittführung die Stoßfugen gegeneinander geringfügig abgesetzt. Diese Schichtkerne
haben jedoch den Nachteil, daß die Überlappungsflächen verhältnismäßig klein sind,
was die magnetischen Eigenschaften des Kerns beeinträchtigt; ferner ergeben sich
Schwierigkeiten bei der Schichtung und mechanischen Befestigung des Kerns. Schließlich
bereitet auch das Schneiden der mit unterschiedlichem Winkel zu schneidenden Enden
erhöhte Schwierigkeiten.
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Es sind weiterhin Kleintransformatorkerne aus zweiteiligen Kernblechschnitten
bekannt, deren Kernecken abgeschrägt sind. Diese zweiteiligen Kern-
Blechschnitte
haben eine andere Form und andere Lage der Trennfugen, so daß sie sich mit dem Blechschnitt
der Erfindung nicht vergleichen lassen.
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Der Blechschnitt nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Außenschenkelbleche ih Parallelogrammform mit Innenwinkeln von 35 bis 70°, vorzugsweise
45°, geschnitten sind und an das ein- oder zweiteilige Jochblech, das die Form zweier
mit der größeren Grundseite aneinandergelegter Trapeze hat, stumpf anstoßen und
daß die Höhen der Trapeze der Breite der Außenschenkelbleche entsprechen.
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Die F i g. 1, 2, 5, 6 und 7 zeigen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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Mit einteiligen Jochblechen J ergibt sich eine besonders einfache
Schichtung bei geringem Schnittverlust. Mit zweiteiligen Jochblechen J =
J1+ J., sind für Joch und Schenkel gleiche Bandbreiten benutzbar
und damit Schnittverluste vermeidbar (F i g. 1 und 2).
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Die Kernblechlagen werden im Schichtkern vorteilhaft abwechseln umgekehrt
(gestrichelt gezeichnet) gelegt, so daß das Jochblech einmal in dem einen und zum
anderen in dem anderen Joch zu liegen kommt; die äußeren Abschnitte der Jochbleche
decken sich dabei mit den frei stehenden Abschnitten der in den jeweils umgekehrten
Lagen liegenden Außenschenkelbleche. Auf diese Weise ergibt sich ein Kern, welcher
im Jochzwischenstück über dem Fenster nur zur Hälfte mit Blechen gefüllt ist und
bei welchem die magnetisch unwirksamen Ecken entfugen auftreten, deren schädlicher
Einfluß bei ihrer fallen. Dadurch ergibt sich ein verhältnismäßig leichter Kern,
in welchem nur an vier Stellen Stoßgrößeren Länge und großflächigen überlappung
genügend herabgesetzt ist. Bei einem Kennmaterial mit magnetischer Vorzugsrichtung,
die jeweils parallel zur Längsrichtung eines jeden Kernblechteils gelegt wird, verläuft
der Kraftfluß parallel zu ihr.
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Der Kraftfluß geht in solchen Schichtkernen -vor allem bei einem Kernmaterial
mit stark ausgeprägter Vorzugsrichtung - hauptsächlich nahe den über den frei stehenden
Abschnitten der Schenkelbleche liegenden Kanten der Jochbleche in die Schenkelbleche
der Nachbarlagen über. Deshalb sind die in der Blechebene verlaufenden Wirbelströme
verhältnismäßig klein, so daß es möglich ist, an Stelle abwechselnd umgekehrt gelegter
Blechlagen aus Einzelblechen Blechlagen aus Blechpaketen zu verwenden. Außerdem
werden dadurch magnetische Weglängenunterschiede teilweise ausgeglichen.
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An sich können die beiden Außenschenkel aus Blechen verschiedener
Form aufgebaut sein (F i g. 6). Eine besonders einfache Fertigung und Lagerhaltung
ergibt sich jedoch, wenn alle Außenschenkelbleche einander gleich geformt sind (F
i g. 1 und 5). Bei derartigen Kernen ist es notwendig, die Breite des Jochblechs
doppelt so groß wie die Breite der Außenschenkelbleche auszuführen, wobei die Abschnittwinkel
a und ß gleich oder angenähert 45° sind (F i g.1 und 2).
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Der Kernblechschnitt der Erfindung eignet sich nicht nur für Zweischenkel-,
sondern auch für Dreischenkeltransformatoren (F i g. 50). Letztere werden zweckmäßig
in der Weise aufgebaut, daß der Kern ein zusätzliches Mittelschenkelblech Sm aufweist,
das an das Jochblech J anstößt und vorzugsweise mit seinem anderen Ende wenigstens
bis zur Mitte des anderen Joches reicht. Für viele Fälle genügt dabei ein Mittelschenkelblech
S, das an das Jochblech J stumpf und rechteckig abgeschnitten (g, punktiert in F
i g. 5) angrenzt. Eine noch bessere Wirkung des Mittelschenkels kann dadurch erreicht
werden, daß das Mittelschenkelblech Sm in einen dreieckförmigen Ausschnitt des Jochbleches
etwa bis zu einem Viertel der Jochblechbreite hineinragt. Besonders bei einem Jochblech
von doppelter Schenkelbreite wird der Ausschnitt mit einer Spitze von 90° gewählt.
Unter allen möglichen Flußphasenlagen wird unter diesen Bedingungen nur bei extrem
hoch ausgelegten Induktionen und nur zur Zeit des ä/#fachen Scheitelkraftflusses
nicht mehr der gesamte Jochkraftfluß in der Vorzugsrichtung des Bleches aufgenommen,
da dann nur das Jochmaterial in Vorzugsrichtung auf drei Viertel des Jochquerschnittes
magnetisierbar ist; die nur geringen Restkraftflüsse durchlaufen dann andere kurze
Eisenwege quer zur Vorzugsrichtung des Materials bei weniger als halber Materialsättigung.
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Für Spezialzwecke sind Zweischenkelkerntransformatoren mit stark unterschiedlichen
Eisenquerschnitten in den beiden Schenkeln von Nutzen, besonders wenn auch der Jochquerschnitt
ein anderer als der Schenkelquerschnitt ist. Das gilt beispielsweise für Schweißtransformatoren
mit starken Streufeldern, wenn die Breite des einen Schenkelblechs Si wesentlich
größer als die Breite des anderen Schenkelblechs S2 eingerichtet wird, etwa mehr
als das 1,4-fache.
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Sowohl für Transformatoren mit gleich breiten Schenkelblechen als
auch für solche mit unterschiedlich breiten Schenkelblechen ist es zweckmäßig, die
Breite des Jochblechs größer als das Doppelte der Breite des Schenkelblechs zu bemessen,
z. B. auf den 2,1- bis 2,5fachen Wert.
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In der Regel erweist sich hierbei ein entsprechend kleinerer Abschnittwinkel
ß=35 bis 45° des einen Schenkelblechs als vorteilhaft. Bei entsprechend stark verbreitertem
anderem Schenkelblech wird vorteilhaft der Abschnittwinkel a bis über 45° vergrößert,
z. B. a=45 bis 70° (F i g. 6).
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Zur Erleichterung der Montage oder zur Verkleinerung unbequem großer
Abschnittwinkel oder zur weiteren Verlängerung der Stoßfugen sind Maßnahmen vorteilhaft,
wie sie in ähnlicher Weise bei den bekannten trapezförmig geschnittenen Kernblechen
angewandt werden: Man läßt in den Schenkelblechen den Abschnitt zu einem verhältnismäßig
kleinen Teil, vorzugsweise an der Innen- und/oder Außenkante, senkrecht zur Schenkellängsrichtung
verlaufen (F i g. 7).
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Der erfindungsgemäße Kernblechschnitt dient zum Aufbau von Eisenkernen
mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften bei kleinem Gewicht. Darüber hinaus
ist seine Fertigung denkbar einfach und wirtschaftlich. Die parallelogrammartigen
Abschnitte der Außenschenkelbleche Si, S2, die an beiden Enden den gleichen Schnittvorgang
erfordern, ermöglichen bereits mit einfachsten Mitteln eine genaue Gleichhaltung
aller Schenkelbleche mit völlig abfallosem Schnitt einzuhalten. Durch immer gleiche
Abschnitte etwa von Blechbandrollen von Schenkelbreite läßt sich durch Einstellung
des Vorschubs jede von Fall zu Fall gewünschte Schenkellänge abschneiden.
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Dagegen ist das Jochblech J verhältnismäßig kurz, so daß es noch mit
Stanzwerkzeugen gefertigt werden kann, die sogar besonders einfach ausfallen. Mit
einem
X-förmigen Schnittwerkzeug X, wie F ig. 3 zeigt, sind einteilige Jochbleche J in
beliebiger Breite verstellbar, deren Längen mit dem Vorschub beliebig einstellbar
sind. Mit einem V-förmigen Schnittwerkzemg V (vgl. F i g. 4) sind zweiteilige Jochbleche
J = Ji+J2 in beliebiger Länge und Breite auszuschneiden.