Es ist bekannt, Eisenkerre für Transformatoren aus warmgewalzten Blechen
herzustellen, wobei letztere in den-Ecken des Eisenkerns eine 900/900-Überlappungszone
bilden:-Mit dem Bestreben, Eisenkerne mit-geringeren leerlaufverlusten herzustellen,
ging man zu kaltgewalzten Blechen über, die man zunächst ohne überlappungszone mit
einem 450/450-Schnitt stumpf gestoßen hat, was zu einer relativ hohen Stoßreluktanz
führte. Die weitere Entwicklung ging dahin,-bei einem 450/450-Schnitt für kaltgewalzte
Bleche einen ineinandergreifenden Verschachtelungsstoß mit Überlappungszone zu bilden,
der nur eine relativ niedrige Stoßreluktanz besitzt. Ein bekannter Eisenkern der
eingangs genannten Art ist aus zwei unterschiedlich gestalteten Schichtlagen aufgebaut,
wobei die Stoßkante der einen Schichtlage von der Außenecke der Kerns zu einem gegenüber
der Innenecke versetzten Punkt und die der anderen Schichtlage von der Innenecke
des Kerns zu einem gegenüber der Außenecke versetzten 2unkt,verläuft, wodurch zwischen
den Stoßkanten benachbarter Schiühtlagen . eine entsprechend breite Uberlappungszone
gebildet ist. Dabei bildet die Projektion der Stoßkanten sämtlicher Jochbleche ebenso,
wie diejenige sämtlicher Schenkelbleche zwei nicht zusammenfallende Linien: Die
Stoßkanten zwischen einem Jochblech und dem zugehörigen.Schenkelblechder
gleichen
Schichtlage sind also gegenüber den jeniLen der benachbarten Schichtlage zur Bildung
einir Überla riungszone versetzt. Da die Jochbleche de.- bekznr:te-n Eisenke.uns
breiter ausgeführt sind als die Sehen kelbleche s ist der l.:3hannte ineinandergreifende
Verschacht.elungü:@to@s insofern von Bachteil, als an den Außenecken des Eisenkerns
an der Hälfte der Jochbleche Dreiecke überstehen, und an den Innenecken des Kerns
in den benachbarten Schichtlagen entsprechend ebenso große Dreiecke im Joch fehlen.
Das führt dazu, daß der Eisenfüllfaktor der Eisenhernecke geringer ist als derjenige
der übrigen Teile, nämlich der Joche und Schenkel. Da die an der Eisenkern-Außenecke
überstehenden Dreiecke jeder zweiten Schichtlage für die Induktion verloren,-gehen,
und der iinduhtionsfluß den Oleg über die an den Eisenkern-Innenecken fehlenden
Dreiecke nicht nehmen kann, führt der bekannte Verschachtelungsstoß zu einer merklichen
Verdichtung der Induktion vor allem. an den Randgebieten der Eisenkernecken. Damit
ist eine Erhöhung der heerlaufverluste des gesamten Eisenkerns und eine stärkere
Erwärmung seiner Ecken verbunden. Bei Betrieb der Joche und Schenkel des Eisenkerns
im Gebiet der Sättigung sind die Kornecken weit übergesättigt oder -.umgekehrt ausgedrückt
- bei Sättigung der Eiserikernecken befindet sich der übrige Kern, nämlich die Joche
und die Schenkel, weit unterhalb des Sättigungsgebietes, was eine schlechte I4aterialausnutzung
insbesondere in magnetischer Hinsicht» der Joc-ie und Schenkel bedeutet. Die an
den äußeren Eisenkernecken abstehenden Dreiecke jeder zweiten Schichtlege treten
stärend in Erscheinung und müssen nachträglich durch einen zusätzlichen Schnitt,
der das kornorientierte Gefüge der Eisenbleche zusätzlich erschüttert und verschlechtert,
beseitigt werden, sofern nicht ein geknickter Blechschnitt verwendet wird, der die
Benutzung komplizierter und teurer Schneidwerkzeuge voraussetzt.
Der
nagnetiSche Lärm von Transformatoren uyrd durch Maxwell_ # sehe Zuf;apannun.#;en
und durch magneto:.triktiz e Längenä.nd erungen .der Transformatorenbl nche verursacht.
Der Lärm, der durch die nagnetostrihtiven Längen änderungen hervorgerufen wird,
läßt sich weder durch die Ölfüllung noch durch den Fessel herabsetzen, da für die
infragekommenden Frequenzen das Ü1 schallhart ist. Außerdem besteht die Kesselwand
aus schallhartem Material, das aber im Verhältnis zum Kern biegeweich ist. Es ist
bekannt, daß der Ort der Urrache für den magnetischen Transformatorenlärm der gern
ist, so daß daher eine wirksame akustische Entsörung der Transformatoren nur am
Kern selbst erfolgen kann. Die Magnetostriktien kann nicht durch mechanische Entkopplungen
des Kerns von den übrigen Transformatorenbestandteilen beseitigt werden. Zur wirksamen
akustischen Entstörung der Transforma Loren ist es daher erforderlich, den durch
die magnetostriktiven Materialeigenschaften des Kernwerkstoffes bedingten unvermeidbaren
Anteil des Körper- und Luftschalls von dem durch die konstruktive Ausbildung des
Kerns bewirkten, aber vermeidbaren Anteil zu trennen.' Außer den immQ#auftretenden
unvermeidbaren Verformungen des Kerns mit der doppelten Netzfrequenz, im allgemeinen
in Europa '!00 Hz, die das Minimum des Geräuschpegels eines Transformators festlegen,
treten infolge der Obertöne des magnetostriktiven Spektrums, deren Frequenz ein
Vielfaches der doppelten Netzfrequenz ist, zusätzlich verformende Kräfte mit der
gleichen räumlichen Verteilung längs des Kerns auf. Letztere sind normaleziieise
allein wegen ihrer Kleinheit ungefährlich, stellen aber für den Fall, daß ihre Frequenz
in die Nähe einer der kritischen Resonnanzfrequen^en das Kerns kommt, in akustischer
Hinsicht gefährliche Scti:1indungserreger dar. Um die Kernresonnanzen zu verstimmen,
ist es bekannt, die
Verhältnisse mittlerer Jochlänge zu mittlerer
Schenkellänge, Jochquerschnitt zu Schenkelquerschnitt und Jochträgheitsmoment zu
Schenkelträghaitsmoment zu verändern. Das Verhältnis von Jochlänge zu Schenkellänge
ist bei Transformatoren mit Rücksicht auf die Geräusche nicht ohne weiteres frei
wählbar, weil gerade dieses Verhältnis die relative Nenn-Kurzschlußspannung wesentlich
mit bestimmt, die wegen der Kurzschlußfestigkeit des Transformators und der maximal
zulässigen Kurzschlußströme des Netzes einen bestimmten Betrag nicht wesentlich
unter- und überschreiten darf. Wollte man trotzdem eine akustische Entstörung des
Transformators durch Änderung des Verhältnisses von Jochlänge zu Schenkellänge vornehmen,
so müßte man zur Erhaltung der relativen Nenn-gurzschlußspannung in dem verlangten
Bereich eine Transformatorwick7.ung in Kauf nehmen, die hinsichtlich ihrer Wicklungsauslegung
weit vom Optimum abweicht. Auch sind der Transformatorenhersteller sowie sein Abnehmer
im allgemeinen nicht bereit, die durch die Änderung des Verhältnisses von Jochlänge
zu Schenkellänge wegen der damit im allgemeinen verbundenen Erhöhung des Gewichtes
des Eisenkerns verbundene Erhöhung der Leerlaufverloste in Kauf zu nehmen. Auch
ist eine grenzenlose Änderung des Verhältnisses von Jochquerschnitt zu Schenkelquerschnitt
zur Verringerung der Tranaformatorengeräusche allein mit Rücksicht auf wirtschaftliche
Überlegungen nicht möglich. Die,Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Änderung
des Verhältnisses von Jochträgheitsmoment zu Schenkelträgheitsmomer_-s zur akustischen
Entstörung von Transformatoren die einzig technisch und wirtschaftlich vernünftige
Maßnahme darstellt. Dazu liegt der Erfindung. die Aufgabe zugrunde, einen Eisenkern
für elektrische Induktionsapparate
zu schaffen, dem die vorerwähnten
Mängel nicht anhaften, der vielmehr so beschaffen ist, daß er leerlaufverlust-und
geräuscharm ist. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Eisenkern aus
im Vergleich zu den Kernabmessungen mittelgroßen Schichtlagen (Figur 1) mit einer
mittelgroßen Fensterhöhe (H) und -breite (B) und aus weiteren Schichtlagen (Figuren
2, 3, .4 und 5) mit einer gegenüber den mittelgroßen Schichtlagen (Figur 1) größeren
und/oder kleineren Fensterhöhe (H + h, H - h) und/oder -breite (B + b, B - b) besteht,
wobei die Breite aller Bleche gleich bemessen ist. Auf diese Weise gelangt man zu
einem Eisenkern für Transformatoren, Drosselspulen o. dgl., der an seinen Außenecken
keine vorstehenden Dreiecke aufweist und gleichzeitig an seinen Innenecken keine
Verlustdreiecke besitzt. Dadurch ist ein ungestörter Induktionsverlauf, insbesondere
an den Kernecken möglich, so daß man zu einer gleichmäßigen Ausnutzung und Belastung
des gesamten Eisenkerns gelangt. Die Änderung des Verhältnisses von Jochträgheitsmoment
zu Schenkelträgheitsmoment ist innerhalb weiter Grenzen technisch und wirtschaftlich
vernünftigerweise beliebig wählbar, so daß dadurch die Geräusche von Transformatoren
in einer den Erfordernissen der Praxis angepaßten Weise wirksam zu bekämpfen sind.
Des weiteren ist durch die neue Kernkonstruktion die Kühlung des Kerns wesentlich
verbessert, weil sie wegen der kammartigen Ausbildung der Hälfte der mit dem Kühl-
und Isoliermedium in Verbindung stehenden Flächen um ein Vielfaches vergrößert werden
kann. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung besteht der Eisenkern aus mittelgroßen
Schichtlagen (Figur 1-) und weiteren Schichtlagen (Figur 2 und/oder Figur 3) mit
einer
gegenüber den mittelgroßen Schichtlagen größeren und/oder
kleineren Fensterhöhe (l1 + h, H - h) besteht.
Die Erfindung sei anhand mehrerer in der Zeichnung schematisch und
beispielsweise dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen
die Figuren 1 bis 5 verschieden gestaltete Schichtlagen in Einzeldarstellung,die
ganz oder auch nur teilweise den Kern bilden, Figuren 6 bis 10 verschiedene
Einsenkerne in Gesamtdarstellung. Figuren 11 und 12 zwei in
ähnlicher Weise aufgebaute Rahmenkerne wie die Vollkerne nach der Figur 6 und nach
einer Kombination aus den Figuren 1, 2 und 4 und Figuren 13 und 14 unterschiedlich
gestaltete Kühlkanäle der Rahmenkerne nach den Figuren 11 und 12
In
den Figuren 1 bis 5 sind einzelne Schichtlagen unterschiedlicher Ausbildung
gezeigt, deren Joch- und Schenkelbleche dir gleiche Breite 11 besitzen, t;ährend
sie in ihrer Wänie unterschiedlich ausgebildet sind. In der mittelgroßen Schichtlage
nach Figur '! (Vergleichsschiehtlage) werden durch die Joch- und Schenkelbleche
Kernfenster von der Höhe H und der Breite B eingeschlossen. Die Jochbleche der Schichtlz:Ege
nach Figur 2 besitzen die gleiche Dänge wie diejenigen nach Figur 1,'während jedoch
ihre Schenkelbleche etwas länger sind als diejenigen nach Figur 1, so daß die Fenster
dieser Schichtlage eine Höhe H + h und eine Breite B aufweisen. Bei der Schichtlage
nach Figur 3 handelt es sich um eine solche, deren Jochbleche wiederum die gleiche
Länge haben wie diejenigen der Schichtlage nach Figur 1, während jedoch
die Schenkelbleche um den Betrag von h kürzer gehallGen sind, so daß die Fenster
dieser Schichtlage eine-Höhe von H - h und eine Breite von B aufdeisen.
Die Schenkelbleche der Schichtloge nach Figur 4 besitzen die gleiche Länge
wie diejenigen der Schichtlage nach Figur 1, jedoch sind die Jochbleche um den Betrag
b länger als diejenigen nach Figur 1, so daß die Schichtlage nach Figur 4 Fenster
von der Höhe H und der Breite B + b einschließt. Auch die Schichtlage nach Figur
5 besitzt Schenkelbleche von der gleichen Länge wie die Schichtlage nach Figur lswährend
ihre Jochbleche um den Betrag b kürzer gehalten sind als diejenigen nach Figur 1,
so daß die umschlossenen Fenster eine Höhe von H und eine Breite B -
b aufweisen. Die Eisenkerne nach den Figuren 6 bis 10 bilden Gesamt-bzw.
Einzelkombinationen aus den SChichtla`en nach den Figuren 1 bis 5. Dabei zeigt Figur
6 einen Eisenkern, der aus allen iünf periodisch wiederkehrenden Schichtlagen nach
den Figuren 1 bis 5 geschichtet ist. Der Eisenkern nach Figur 7 bildet eine Teilkombination
der Schichtlagen
nach den Figuren 1, 2 und 3, wobei die Schenkelbleche
aller Schichtlagen übereinanderliegen, während die Jochbleche gegeneinander parallel
versetzt sind, weshalb das Jochträgheitsmoment größer ist als das Schenkelträgheitsmoment
dieses Kerns. Bei dem Eisenkern nach Figur 8 handelt es sich um einen ähnlichen
wie bei dem nach Figur 7, jedoch mit dem Unterschied, daß hier die Jochbleche und
die mittleren Schenkelbleche genau übereinanderliegen, während die äußeren Schenkelbleche
parallel zueinander versetzt sind. Die Kombination der Einzelschichtlagen nach den
Figuren 1, 4 und 5 bilden dabei in periodischer Wiederkehr den Kern nach Figur B.
Figur 9 zeigt einen ähnlichen Eisenkern wie Figur 7, jedoch besteht der Eisenkern
nach Figur 9 aus der Kombination der Einzelschichtlagen nach den Figuren 1 und 2.
Ebenso handelt es sich bei dem Eisenkern nach Figur 10 um einen ähnlichen wie bei
dem nach Figur 8, nur-mit dem Unterschied, daß der Eisenkern nach Figur 10 aus wechselweise
geschichteten Schichtlagen nach den Figuren 1 und 4 geschichtet ist. Bei den Eisenkernen
nach den Figuren 11 und 12 handelt es sich um aus zwei Einzelrahmen bestehende Rahmenkerne,
wobei die einzelnen den Rahmenkern nach Figur 11 bildenden Einzelrahmen so aufgebaut
sind wie der als Vollkern ausgebildete Eisenkern nach Figur 6, während die beiden
Einzelrahmen des Rahmenkerns nach Figur 12 aus einer periodisch wiederkehrenden
Kombination der Schichtlogen nach den Figurem 1, 2 und 4 gebildet ist. Die Figuren
13 und 14 zeigen einen Schnitt an einer beliebigen Stelle durch den Rahmenkern,
wobei deutlich wird, daß der Kühlkanal zv,ischen den beiden Einzelrahmen beliebig
gestaltet werden kann, insbesondere so,@ daß die zur Verfügung
stehende
Kühlfläche des Eisenkerns ein nach wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten
bildendes Optimum darstellt.