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Kernbleche, insbesondere für Transformatoren
Die Erfindung- bezieht sich auf Kernbleche für Eisenkerns,
insbesondere für Transformatoren, aus einer Mehrzahl von geschichteten
Kernblechen mit höchstens drei voneinander im Abstand befindlichen parallelen Schenkeln gleicher lange
und zwei deren Enden verbindenden Jochen, wobei zum Einschichten
in. die Wicklung zwischen einem Ende jedes Schenkels und dem benachbarten Joch eine Trennfuge vorgesehen ist
und hierbei die Breite des fugenlos anschließenden Joches größer ist. als die Breite des trennfugenseitigen Joches. Insofern
ist die3 nach früherer Patentanmeldung des Anmelders.
Bei den aus solchen bekannten Kernblechen hergestellten Kernen sind die inzelnen Bleche in der Hegel wechselseitiggeschichtet,
wobei die Kernbleche im fertigen Kern so liegen, daß ihrs Außenränder jeweils in einer gemeinsamen Ebene übereinander
liegen, dh daß sich dia Kerne von den üblichen Kernen äußerlich nicht unterscheiden.
Durch die EEaßnahmen nach der vorgenannten Anmeldung· wird
die Aufgabe gelöst, die sogenannten M-Kernbleche und die sogenannten
EI-Kernbleche ao zu verbessern, daß bei den mit ihnen
zu erstellenden Uantelkernen der günstigere, fugenlose
Jochquerschnitt aufko3ten des ungünstigeren, durchtrennten
Jochquerschnittes vergrößert wird, so daß der magnetische
Widerstand und die magnetische Ausstreuung verringert und der Wirkungsgrad verbessert werden.
Bei den EI-Kernblechen gemäß der vorgenannten Anmeldunghandelt
es sich vorzugsweise um den M-Kernblechen entsprechende
Typen, so daß für diese Kerne auch die für M-Kerne - etwa
der DBT-H-Reihe - üblichen Spulenkörper verwendbar sind.
Hun gibt es aber EI-Kernbleche zum Aufbau von Kernen mit
zwei Fenstern, von denen jedes eine Länge gleich dem dreifa—
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chen und eine Breite gleich dem einfachen der halben Breite
des Mittelschenkels besitzt. Diese Fensterproportionierung
ergibt im Transformator eine sehr günstige Relation zwischen Kupfer und Eisen. Die EI-Kernbleehe mit dieser Fensterproportionierung
können abfallos gestanzt werden, indem bei paarweisem Stanzen der Ε-Teile die Fensterausschnitte genau die I-Teile
bilden. Diese kommen hierbei aus gleicher Sichtung des
Blechmaterials wie die Schenkel; dh sie liegen in einer magnetischen Vorzugsrichtung, womit diese EI-Kernbleche günstiger
als die M-Kernbleche sind. Daher sind Transformatoren
Kit EI-Kernblechen dieser Proportionierung sehr wirtschaftlich
herzustellen und sie wurden deshalb in der abfallosen DIN-EI-Eeihe genormt.
Diese EI-Kernbleche haben jedoch auch einschneidende Mängel,
wie etwa magnetische Engpässe an den Trennfugen und ungünstige Proportionen von Jochen und Außenschenkeln, so daß
das Verhältnis von Leistung zu Materialaufwand verbesserungsbedürftig
ist· Diese Mängel zu beseitigen, bei Wahrung der bisherigen Vorteile, war Aufgabe einer weiteren Patentanmeldung,
deren Gegenstand eine optimale Lösung der gestellten Aufgabe bie tst.
Außer den vorgenannten K- und EI-Kernölechen finden für
Einphasentransformatoren noch sogenannte ΤΠ-KernDleche und
für Dreiphasentransformatoren sogenannte 3UI-Ke rnble ehe (ebenfalls
EI-Ke rnble ehe, jedoch mit anderen Proportionen, nämlich,
gleichbreiten Schenkeln) Verwendung. Diese Kernbleche sind in der DIN-TJI-Eeihe bzw der DIN-3TJI-Reihe genormt.
Auch diese Kernbleche bzw die daraus hergestellten Kerne weisen einen verhältnismäßig hohen magnetischen Widerstand
an den Trennfu^en .und in den Jochen und somit einen verbesserunssfähigen
Yfirkungsgrad auf. Eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften und des Wirkungsgrades ist zwar durch
die sogenannten Pu-, Pl- und Pu/Pl-Kerne mit verstärkten Jochen
erzielt worden. Aber auch bei diesen Kernen, die im übrigen nicht abfallos stanzbar sind, ist die Katerialausnutzung
noch verbesserungsbedürftig.
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Die Aufgabe der Erfindung "besteht daher darin, auch die
bekannten UI-Eernbleche bzw 3UI-Zernbleehe (EI-Ee rnble ehe)
in vorgenannter Weise zu verbessern bzw zu optimieren, so
daß der magnetische Widerstand und die magnetische Ausstreuung vermindert und somit die magnetischen Eigenschaften und
der Wirkungsgrad verbessert werden, ohne die ihnen eigenen Vorteile aufgeben zu müssen. Insbesondere soll dabei durch
günstigere mögliche Wicklungsproportionen das Verhältnis von Leistung zu Aufwand verbessert bzw optimiert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß bei UT-Eernblechen oder EI-Eernbleehen mit unter
sich gleich breiten Schenkeln die Breite c.. des fugenlos anschließenden
Joches mindestens das 1,1-fache und höchstens das 2,1-fache der Breite f jedes Schenkels ist und daß die Breite
ο« des trennf ugense itigen Joches mindestens das 1,0-fache und
höchstens das 1,5-fache der Breite f jedes Schenkels ist; derart, daß die Breite C1 des fugenlos anschließenden Joches minus
die Breite o„ des trennfugenseitigen Joches mindestens
das 0,1-fache und Höchstens das 0,6-fache der Breite f jedes Schenkels ist ( 1,1f *£ C1 üS 2,1 f und 1,Qf^ Q2 ^ 1,5 f und
0,1 f ^ C1-C2 <
0,6f ) .
Günstige Proportionen ergeben sich mit einer Breite C1 des
fugenlos anschließenden Joches vom mindestens 1,2- bis höchstens 1,7-fachen und einer Breite C2 des trennfugenseitigen
Joches vom mindestens 1,1- bis höchstens 1,3-fachen der Breite f jedes Schenkels, so daß die Breite C1 des fugenlos anschließenden
Joches minus die Breite C2 des trennfugenseitigen Joches mindestens das 0,1-faoh.e bis höchstens das 0,4-fache
der 3reite f jedes Schenkels ist ( 1,2f ** C1 <
1,7f und 1,1 f =£ C2 <£ 1,3f und Ü,1 f ^ C1-C2 ^- 0,4f ) .
Hit diesen erfindungsgemäßen Maßnahmen sind auch völlig
abfallose Eernbleehe erstellbar. Dies wird durch folgende
zusätzliche Maßnahmen erreicht, welche auch anderweitig zweckmäßig sind.
Der Abstand h zwischen benachbarten Schenkeln ist gleich der Breite C2 des trennfusenseitigen Joches. Damit ergibt
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sich für die UI-Kernbleche ein abfalloser Schnitt dann, wenn
außerdem die Länge e jedes Schenkels gleich diesem Abstand h der beiden Schenkel voneinander plus dem 2-fachen der Breite
f jedes Schenkels ist ( h = C2 und e = h + 2f ). Der Fensterabfall
des U-Ieils ergibt hierbei genau das I-Teil.
Diese Proportionie rung (mit h =· C2 . und e = h + 2f ) ergibt
zwar mit EI-Kernblechen, dh mit 3UI-Kernblechen keinen
ganz abfallosen Schnitt, sondern pro Ei-Paar den geringen Abfall h-f , das sind knapp 5$. Trotzdem ist diese Proportionierung
vorteilhaft, weil damit der dreiphasige EI-Transformator
mit den gleichen Spulenkorpern und Wicklungsdaten erstellbar
ist wie der UI-Transformator.
Spulenkörper mit einer Brutto-Körperlänge vom 3-fachen
der Breite f jedes Schenkels sind benutzbar, wenn die Länge e jedes Schenkels gleich der Breite C1 des fugenlos anschließenden
Joches minus der Breite c des trennfugenseitigen Joches
plus dem 3-fachen der Breite f jedes Schenkels ist ( e = C1-C2 + 3f ). Die Proportionie rung im Rahmen der üblichen
Spielräume und Toleranzen ermöglicht etwa die Benutzung der DIN-UI-SpulenkÖrper bzw der DIN-3UI-Spulenkörper·
Besonders günstige Proportionen auf dieser Basis sind gegeben, wenn ganz oder angenähert die Breite C1 des fugenlos
anschließenden Joches das 1,4—fache, die Breite C2 des trennfugenseitigen
Joches das 1,2-fache und die Länge e jedes Schenkels das 3»2-fache der Breite f jedes Schenkels ist
( C1 = 1,4f und C2 s1,2f und e = 3,2f ) .
Damit ergibt sich ein Brutto-Verhältnis 3 von Wickellänge
zu Schenkelbreite, womit die DIK-UI- bzw DIH-3UI-Spulenkörper
benutzbar sind. Zugleich ergibt sich aber das günstigere Brutto-Verhältnis 5 (statt 6) von Wickellänge zu Wickelhöhe
und das ebenfalls günstigere Brutto-Verhältnis 0,6 (statt 0,5) von Wickelhöhe zu Schenkelbreite.
Ein abfallos herzustellendes EI-Kernblech mit gleicher
Breite f jedes Schenkels ergibt sich, wenn der Absland h zwischen benachbarten Schenkeln gleich der Breite c_ des
trennfugenseitigen Joches und die Länge e jedes Schenkels
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gleich diesem Abstand h plus dem 1,5-fachen der Breite f
jedes Schenkels ist ( h = C2 und e = h + 1,5 f ) .
Besonders günstige Proportionen auf dieser Basis sind gegeben, wenn genau oder angenähert die Breite c. des fugenlos
anschließenden 3oches das 1,5-fache, die Breite c? des trennfugenseitigen
Joches das 1,2-fache und die Länge e jedes Schenkels das 2,7-fache der Breite f jedes Schenkels ist
( C1 - 1,5f und C2 β 1,2f und e = 2,7f ). Damit ergibt
sich das sehr günstige Brutto-Verhältnis 4 von Wiekellänge
au Wickelhöhe und das ebenfalls günstige Brutto-Yerhältnis 0,6 von WicÄhöhe zu Schenkelbreite; dies zudem mit einem
im Grundriß quadratischen Kern.
Diese Proportionierungen der UI- bzw EI-Kernbleehe sind
insbesondere deshalb so günstig, weil sich durch die gegenüber dem Schenkel-Querschnitt mit dem Faktor ·§■( C..+O/f
vergrößerten Joch-Querschnitt verbesserte und sogar optimierte magnetische Eigenschaften, Verringerung der Verluste
und sehr günstige Leistungs/Preis-Verhältnisse ergeben.
Derartige Kerne erfordernssgar geringere Magnetisierungsleistungen
als etwa ungeschnittene Bafakerne gleichen Schenkelquerschnittes und Materials. Besonders hohe Verbesserungen
ergeben sich für kornorientiertes Material, dessen magnetische Vorzugsrichtung parallel zu den Schenkeln und damit
auch parallel zum Joch-I-Ieil liegt.
Obwohl schon aus diesen grundsätzlichen Optimierungsgründen diese Proportionen besonders günstig sind, werden damit
noch zusätzliche Vorteile ohne eigenen Hehraufwand erzielt:
Erstens wirkt sich in den Jochen die Störung des Kristallgefüges längs der Schnittkanten praktisch nicht mehr aus,
indem die Verbreiterung der Joche weit größer als die Breite der Störungszonen ist.
Zweitens wirkt sich -der schädliche Einfluß etwaiger Befest
igungslächer praktisch nicht mehr aus, indem auch an den Iochern
noch Verbreiterungen von etwa 10?S bis 30$ gegeben sind.
Drittens ist in einem alternierend wechselseitig geschichteten Kern der Einfluß der Irennfugen stark vermindert, indes
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- wegen der teilweisen Überlappung der Schenkelenden durch
die Nachbarbleche mit der Differenz C1-C2 übt Joch/breiten der
ungetrennte Eisenquerschnitt das (■£ + ■£·( C1-C2)/? )-fache
des Schenkelquerschnittes ist. Speziell mit Goss-kornorientiertem
Katerial ergibt sich ein sehr starker, zusätzlicher Gewinn, welcher dieses Material überhaupt erst voll zu nutzen
gestattet: über die inneren Jochteile der Breite a.-Cp,
mit der die fugenlos anschließenden Joche innen im Kern breiter als die trennfugenseitigen Döche sind, in welchen aber
noch der ganze Schenkelquerschnitt parallel zur Vorzugsrichtung liegt, fließt schon ein Teil des Kraftflusses ab, so
daß die kritischen äußeren Jochteile der Breite C2, in denen
der Querschnitt hälftig senkrecht zur Vorzugsrichtung liegt, mit dementsprechend verringerter Felddichte durchflossen werden.
Bei hochausgelegten Kernen arbeitet damit das Joch in Bereichen mit effektiv mehrfach höherer Magnetisierbarkeit.
Viertens ergeben Abrundungen der Ecken der I-Teile, deren
Radius kleiner als die Differenz C1-Cg der Jochbreiten ist,
in alternierend-wechselseitig geschichteten Kernen keine magnetische
Pfadverengung. Im Gegensatz zu den DHn-IJI- und DIN-3UI-Kernen,
bei denen sich durch Abrundungen eine magnetische Pfadverengung ergibt, sind deshalb bei den erfindungsgemäß
ausgebildeten Kernblechen Abrundungen der Fensterecken möglich. Derartige Abrundungen (etwa 0,4mmRadius) der Fensterecken
und der dazu korrespondierenden I-Teil-Ecken sind aber zur
Verlängerung der Werkzeugstandzeit sehr erwünscht.
Vorteilhaft weisen Befestigungslöcher des fugenlos anschließenden Joches den gleichen Abstand k. von deren Außenkante
auf wie der Abstand k« von Befestigungslöehern des trennfugenseitigen Joches von dessen Außenkante, wobei 4-i«
Bei'estigungslöcher im trennfugenseitigen Joch vorteilhaft
auf dessen Längsmittellinie liegen ( kj = k- = |c2 ). Dies
ist magnetisch günstig und vermeidet Störungen im Fabriakti«-
onsablauf durch Seitenvertauschungen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn 4-ie eckenständigea Befestigungslöcher
von den Seitenkanten Abstände k, entweder
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-'Zugleich der halben Breite c„ des trennfjenseitigen Joches
oder gleich der halben Breite f jedes Schenkels aufweisen ( Ic, = £c2 oder k, = if ). Erste res erfordert die geringste
Magnetisierungsleistung, leteres ergibt die geringere magnetische Ausstreuung.
In der Zeichnung sind - in Draufsicht - zwei Ausfttttrungsbeispiele
der Erfindung dargestellt, wobei die Innenkante des fugenlos anschließenden Joches eines darunter liegenden,
wechselseitig geschichteten Kernbleches gestrichelt angedeutet ist.
Die Ausführungsbeispiele Pig 1 und Pig 2 zeigen besonders
günstige ITI-Eernbleehe (Pig 1 ) bzw EI-Kembleche (Pig 2 )>
mit zwei bzw drei Schenkeln 1, 2 oder 3 cLer gleichen Breite ■£
und mit der Breite c. des fugenlos anschließenden Joches 5
größer als der Breite c„ des trennfugenseitigen Joches 4 .
In diesen Ausführungsbeispielen ist konkret: die Breite α.
des fugenlos anschließenden Joches das 1,4—fache der Breite f
jedes Schenkels ( 1,If^c1 ^ 2,1 f vorzüglich 1,2^0^1,7
die Breite c« des trennfugenseitigen Joches das 1,2-fache der
Breite f jedes Schenkels ( 1,Of ^ c <
1,5 f vorzüglich 1,1 f ^ c 4. 1,3f ); die Differenz Oj-C2 der Breiten der Joche
das 0,2-fache der Breite f jedes Schenkels (0,1 f ^ α,-α-.^ 0,(
vorzüglich 0,1 f ^= C1""0? ** °»4 f )? ^0- &er Abstand h eines
Schenkels vom nächsten Schenkel gleich der Breite Cp des tren
fugenseitigen Joches· In beiden Ausführungsbeispielen Pig 1
und Pig 2 ist die Länge e jeden Pensters sowohl gleich diesen
Abstand h plus dem zweifachen der Breite f jedes Schenkels
( e = h + 2f ) als auch gleich der Differenz C1-C2 der Breite
der Joche plus dem dreifachen der Breite f jedes Schenkels ( e = C1-C2 + 3f ); konkret ist e = 3,2 f .
Das Auaführungsbeispiel Fig 1 stellt einen abfallos stanzbaren
UI-3chnitt dar. Das Ausführungsbeispiel Fig 2 stellt einen Ei-Schnitt dar, welcher zwar nicht ganz abfallos stanzbar
ist, aber mit den Schenkeln 1 und 2 bzw 2 und 3 und den verbindenden Jochteilen 5 bzw 4 eine dem Ausführungsbeispiel
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Fig 1 gleiche UI-I1Oπα bildet, so daß gleiche Spulenkörper und
gleiche Wickeldaten benutzbar sind. Insbesondere sind die DIN-UI-Spulenkörper benutzbar, wobei vorteilhafterweise eine
zusätzliche Wickelhöhen-Reserve (von 0,1 f) erhalten wird.
Ein Ausführungsbeispiel für abfalle-s stanzbare EI-Zernbleche
ergibt sich mit Längen e jedes Schenkels, welche gegenüber dem Ausführungsbeispiel Pig 2 um die Hälfte der Breite f
jedes Schenkels verkürzt sind; e = h + 1,5 f konkret e = 2,7 f. Ist zudem die Breite C1 des fugenlos anschließenden Joches 5
gleich dem 1,5-fachen der Breite f jedes Schenkels, so ergibt sich ein Ausführungsbeispiel für einen abfallosen El-Sehnitt
von quadratischem Grundriß mit besonders günstigem Leistungs/ Preis-Verhältnis. Bei derart abfallosem Stanzen werden immer
zwei, paarweise mit den Schenkelenden aneinanderstoßende E-Stücke gestanzt, deren gemeinsame Fenster die I-Stücke bilden..
Die Ausführungsbeispiele Fig 1 und Fig 2 zeigen Befestigungalöcher
16 , welche von den Außenkanten in den Abständen k. bzw kp bzw k, liegen, wobei diese Abstände alle gleich der
gälfte der Breite c„ des trennfugenseitigen Joches 4 sind
C k- = kp ss kj = ic« )· Im Ausführungsbeispiel Fig 2 sind
zudem zwei Befestigungslöcher gezeigt, die in diesem gleichen
Abstand Ic« von den Joch-Außenkant en auf der Iiängsmit-cellinie 9
des Mittelschenkeis 2 liegen.
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