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Ferrom.agnetischer Zweischenkelschichtkern Die Erfindung betrifft
einen geschlossenen ferromagnetischen ZweischenkeIschichtkern für Transformatoren,
Drosseln oder ähnliche induktive Apparate. Solche Kerne, die, aus zwei Schenkeln
und zwei diese an den Enden verbindenden Jochen bestehen, sind allgemein bekannt,
und es ist üblich, die einzelnen Schichten solcher Kerne mit mehreren Stoßfugen.
zu versehene. die zur Verringerung der Luftspaltwirkung in den einzelnen Schichten
versetzt gegeneinander angeordnet sind.
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Es sind auch derartige Zweischenkelschichtk°rnee bekannt, die verstärkte
Joche aufweisen und in denen Stoßfugen erst in gerader Verlängerung der Schichtkernschenkelinn:enkante
in das Schichtkernjoch treten und dann nach außen abgewinkelt verlaufen. Diese Kerne
weisen jedoch Blechlagen mit mehr als zwei Stoßfugen auf und sind deshalb für Transformatoren
geringerer Abmessungen aus zwei Gründen ungünstig. Jede Stoßfuge weist einen zusätzlichen,
undefnnie@rharen magnetischen Widerstand auf, der um so stärker ins Gewicht fällt,
je kleiner die Eisenweglänge ist. Eine größere Zahl von Stücken je. Blechlage erschwert
das Zusammenfügen des Pakets, was sich um so störender auswirkt. je kleiner die
Abmessungen sind.
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Es sind ferner Zweischenkelschichtkerne mit gegenüber den Schenkeln
verstärkten Jochen bekannt, in denen- jede Blechlage aus nur zwei Blechstücken besteht
und mithin nur zwei Stoßfugen aufweist. Diese Stoßfugen verlaufen in den bekannten
Kernen in Verlängerung der Schichtkernschenkelinnenkante durchweg gerade innerhalb
der verstärkten Joche. Bei derartigem geradem Jochstoßfugenverlauf wird die Stoßfuge
jedoch wesentlich kürzer als bei abgewinkeltem Verlauf und verläuft durchweg parallel
zum Schenkel. Schone bei einfachem, nichtkorno,rientiertem Material werden hierdurch
größere Jochverstärkungen erforderlich, um eine zu starke Sättigung der an den Stoßfugen
durchlaufenden Laneellen zu verhindern. Bei einachsig kornorientiertem Material
muß sogar das Feld bei diesen bekannten Kernen in den an den Stoßfugen durchlaufenden
Blechlamellen durchweg senkrecht zur magnetischen Vorzugsrichtung verlaufen. Dies
erfordert aber eine wesentlich größere Jochverstärkung - etwa 2fach -, als dies
an sich durch die Goss-Kristallstruktur des Materials notwendig wäre. Diese bekannten
Kerne haben somit den Nachteil eines ?-Zehraufwands, der Gewicht und Volumen in
einem oft untragbaren Maße erhöht.
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Es sind auch Zweischen,kelschichtkerne bekannt, deren Ecken abgeschrägt
sind und deren Schichten je zwei in den Jochen abgewinkelt verlaufende Stoflfugen
enthalten. Die, bekannten. Kerne dieser Art weisen jedoch keine Jochverstärkung
auf, der magnetische Jochwiderstand solcher Kerne ist daher sehr hoch.
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Um diese und auch die erwähnten Nachteile anderer bekannter Schichtkerne
zu vermeiden, ist unter Kombination bekannter Einzelmerkmale ferromagnetischer Kerne
der aus zwei gleichförmig breiten Schenkeln und zwei verstärkten, die Schenkel verbindenden
Jochen bestehende. in jeder Blechlage nur zwei Stoßfugen l;zw. Luftspalte enthaltende
Zweischenkelschicht1;ern gemäß der Erfindung mit abgeschrägten Ecken ausgebildet,
und die Stoßfugen bzw. Luftspalte verlaufen erst in gerader Verlängerung der Schichtkeraschenkelinnenkante
in das Schichtkernjoch hinein und dann nach außen abgewinkelt, derart, daß sie an
den Abschrägungen der Schichtkernjoche enden.
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Zweckmäßig liegt eine etwaige magnetische Vorzugsrichtung des Kernmaterials
parallel zu den Schichtkernschenkeln, in gesonderten Jochzwischenstücken zweckmäßig
parallel zu den Schichtkernjochen.
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Die zum Aufbau eines Kernes gemäß der Erfindung aufeina.nderzuschichtenden
Kernbleche weisen Jochteile auf. deren Bleche gleich der Breite der Schichtkernjoche
ist. Die Jochteile sind entsprechend, der Abschrägung der Kerne bzw. entsprechend
der abgewinkelten Führung der Stoßfugen bzw. Luftspalte des Schichtkernjoches ebenfalls
abgeschrägt. Die Kernblechschenkel sind in passender Weise zu den Jochabschrägungen
an ihrem freien Ende ebenfalls abgeschrägt, wobei damit die Kernblechschenkelenden
in eine Spitze, auslaufen. Diese Abschrägungen verlaufen dabei vorzugsweise unter
45° zur Schenkelinnenkante. Die, Breite der Kern:blechschenkel ist gleich der Breite,
der Schichtkernschenkel und ist bis zum Ansatz der genannten Spitze gleichförmig.
Die Breite
der Jochteile wird vorzugsweise um den Faktor 1,3 bis
1.8, insbesondere um den Faktor 1,5 größer gewählt als die Breite der Schenkel.
Die Länge g der Kernblechschenkel ist - wie dies aus der Fig. 1 ersichtlich ist
- um ein Stück i größer als die Schichtkernschenkellänge. Die günstigsten Eigenschaften
werden hierbei mit einer derartigen Verlängerung i und einer derartigen Spitze erreicht,
daß die Stoßfugen bzw. Luftspalte bis nahe oder bis genau an das von der Jochlängskante
gebildete Ende der Schichtkernjochabschrägungen führen, was sich bei Jochverstärkungen
der genannten Größenanordnung mit Werten für i ergibt, die der 0,8- bis 1,Ofachen
Schenkelbreite entsprechen.
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Durch diese Formgebung reichen die Kernblechschenkel in das Schichtkernjoch
hinein und bilden so die Stoßfugen bzw. Luftspalte, die erst in gerader Verlängerung
der Schichtkernschenkelinnenkante in das Schichtkernjoch treten und dann nach außen
abgewinkelt verlaufen, um an der Abschrägung der Schichtkernjochecken zu enden.
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Ein besonders vorteilhafter derartiger Kernblechschnitt ist ein jochverstärkter
einschenkeliger L-Schnitt, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Dieser hat einen in
der oben beschriebenen Weise verlängerten und zugespitzten Kernbleehschenkel und
ein Jochteil, das an der dem Schenkel gegenüberliegenden Seite einen parallelogrammartigen,
vom Kernblechschenkel sich wegneigenden Ansatz aufweist, der sich der Kernblechschenkelzuspitzung
anpaßt. Zwei gleiche solcher L-Schnitte je mit dem Kernblechschenkel des einen Bleches
an das Kernblechjoch des anderen angelegt, ergeben eine Lage eines Zweischenkelschichtkernes
gemäß der Erfindung mit je einer Stoßfuge bzw. einem Luftspalt in jedem Schichtkernjoch
mit dem genannten Verlauf (s. Fig.3). Bei wechselseitiger Schichtung ergeben solche
L-Schnitte gemäß der Erfindung einen Zweischenkelschichtkern mit je zwei verzapften
Stoßfugen in jedem Schichtkernjoch mit dem genannten Verlauf.
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Ein weiteres Beispiel für Kernblechschnitte zum Aufbau eines Kernes
gemäß der Erfindung ist in Fig.2 dargestellt. Hiernach besteht jede Kernschicht
aus einem U-förmigen Blech mit einem Kernblechjoch und zwei in der oben beschriebenen
Weise verlängerten und zugespitzten Kernblechschenkeln und einem hierein passenden
Jochzwischenstück mit Y-förmig verlaufenden Seitenkanten. Ein derartiges Y-Stück
in ein U-Stück der dargestellten Form eingepaßt, ergibt ebenfalls einen Zweischenkelschichtkern
gemäß der Erfindung mit zwei Stoßfugen bzw. Luftspalte in einem Schichtkernjoch
mit dem genannten Verlauf (s. Fig.4). Bei wechselseitiger Schichtung solcher Blechschnitte
ergeben sich Kerne mit entsprechenden verzapften Stoßfugen.
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Der erfindungsgemäße Kern zeichnet sich gegen-über den bisher
bekanntgewordenen Kernen durch eine Reihe von Vorzügen aus Der magnetische Stoßfugenwiderstand
ist besonders klein, da nur zwei Stoßfugen je Blechlage auftreten. diese an Stellen
reduzierter Induktionen (nämlich in den verstärkten Jochen) liegen und darüber hinaus
durch die Winkelung besonders lwlg sind. Diese starke Verminderung des Stoßfugeneinflusses
etwa bei verzapften Stoßfugen rührt daher, da.ß bereits etwa 80°/o des Sättigungskraftflusses
der Schenkel im Joch von den jeweils durchlaufenden Lamellen aufgenommen wird, während
der kleine restliche Teil auch noch auf einem z. B. 1,6fach vergrößerten Spaltquerschnitt
übergehen kann. Wenigstens teilweise kann dabei das Feld in den an den Stoßfugen
durchlaufenden Blechlamellen parallel zu den Schenkeln - d. h. parallel zu einer
etwaigen magnetischen Vorzugsrichtung -verlaufen. Derartige: Kerne verhalten sich
daher praktisch schon fast wie, stoßfugenfreie Kerne. Sie eignen sich daher z. B.
für Transformatoren, die mit hoher Induktion betrieben werden können und somit eine
hohe Wirtschaftlichkeit aufweisen. Sie eignen sich daher ebensogut auch etwa für
übersättigte Steuerdrosseln usw. Die verstärkten Joche bedeuten auch eine wesentliche
Senkung des Wattverlustes und des magnetischen Materialwiderstandes des Kernes,
da infolge der verringerten Induktion in den Jochen deren Hysterese- und Wirbelstromverluste
klein sind und deren Permeabilität bedeutend höher bleibt als die Permeabilität
der Schenkel.
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Die magnetische Austreuung in den Außenraum ist beim erfindungsgemäßen
Kern so klein gehalten, wie es bei einem Zweischenkelkern mit fast ganz unterdrückten
Stoßfugenwiderständen praktisch möglich ist. Dies erklärt sich aus den geringen
magnetischen Widerstand der Joche samt darinliegenden Stoßfugen in Verbindung mit
der Tatsache, daß der Ein- -fluß der Jochstoßfugen auf die magnetische Ausstreuung
an der Stirn des Kernes durch den Eckenbeschnitt der Joche zusammen mit dem schräg
nach außen abgewinkelten Verlauf der Stoßfugen weitestgehend unterdrückt ist. Durch
diesen Verlauf der Stoßfugen ist erreicht, daß die Stirnfläche des Kernes von keiner
Stoßfuge berührt wird und somit der magnetische Widerstand im Stirnbereich des Joches
keine stoßfugenbedingte Vergrößerung erfährt. Damit bleibt der magnetische Spannungsabfall
im Stirnbereich klein, so daß nur kleine magnetische Ausstreuung an der Stirn des
Kernes auftritt.
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Der erfindungsgemäße Kern ist aus zwei Gründen sehr materialarm. Er
kommt bereits mit einer nur etwa 1,5fachen Jochverstärkung aus, wobei die Jocheckenabschrägung
weiterhin Geweicht und Volumen erspart. Die erfindungsgemäßen L-Schnitte sind etwa
bei gleicher Fenster- wie Schenkelbreite nahezu abfallos feTtigba.r, indem in einander
folgenden Stanzschritten immer die Jocheckenabschrägung eines Schnittes sich in
die stoßfugenseitige Abschrägung des nächstfolgenden Schnittes einpaßt.
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Die Schichtung des erfindungsgemäßen Kernes ist wegen der Zweiteiligkeit
und der geeigneten Form der Schnitte überaus einfach. Dies ist bei kleineren Induktionsgeräten
ein wichtiger Faktor, weil deren Wirtschaftlichkeit wesentlich durch den Lohnanteil
bestimmt wird. Der erfindungsgemäße Kern kann besonders leicht maschinell geschichtet
werden, wobei die zugespitzten Enden der Schnitte mühelos durch die Spulenkörper
hindurchgleiten.
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Die Erfindung löst somit das Problem, alle diese genannten Vorteile
zugleich derart zu vereinigen. daß alle diese einzelnen Vorteile nahezu ebenso weitgehend
gegeben sind wie in denjenigen bekannten Kernen, die immer nur den einen oder anderen
Vorteil bestmöglich zu erzielen vermögen. Die Erfindung erfüllt somit ein bisher
unbefriedigtes technischwirtschaftliches Bedürfnis.