DE2428076C2 - Transformator oder Drossel mit mindestens einer Drahtwicklung - Google Patents

Description

1. die Ansätze (2) des Kerr es (3) sind von dazu korrespondierend ausgebildeten Aussparungen (4) der U-förmigen Mantelteile (1) aufgenommen, indem die Schenkel (5) der U-förmigen Mantelteile (1) auf den einander zugewandten Seiten treppenförmig abgesetzt sind;

2. die Höhe (a) der treppenartigen Absetzung (4) ist gleich der Höhe (b) des Ansatzes (2) des Kernes (3);

3. die Summe aus der Stärke (g) des äußeren Absatzes (5') in den Schenkeln der Mantelteile und der Höhe (b) des Ansatzes (2) der Kernlamelle (3) ist mindestens gleich der Stärke (Ajdes Steges (6) der Mantelteile (1);

4. die Höhe des Kernes (3) einschließlich eines eventuellen Luftspaltes ist gleich der größten inneren lichten Weite (d) der Mantelteile (1);

5. die Mantelteile (1) weisen an ihren äußeren Ecken Einschnitte (7) auf, deren in Richtung der Schenkel gemessene Länge (j) mindestens annähernd gleich ist dem gegenüber der Höhe (b)des Ansatzes (2) des Kernes (3) vorliegenden Übermaßes (i minus b) der Länge (i) des äußeren Absatzes (5').

2. Transformator oder Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Mantelteile (1) durch die treppenartige Absetzung der Innenseite der Schenkel (5) zwei unterschiedliche lichte Weiten (c, d) aufweisen, wobei die innere und kleinere der lichten Weiten (c) gleich ist der Breite (e) des für die Aufnahme der Drahtwicklung vorgesehenen Kernes (3).

3. Transformator oder Drossel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung der Schenkel der Mantelteile (1) gemessene Länge (i) des äußeren Absatzes (5') größer ist als die Höhe (b) des Ansatzes (2) des Kernes (3).

4. Transformator oder Drossel in Abwandlung eines der Ansprüche 1 bis 3, bei dem bzw. der in benachbarte Einschnitte (7) verschiedener Mantelteile (1) Halteelemente eingreifen und die Halteelemente aus einem plattenartigen Grundkörper (10) bestehen mit vorzugsweise gezahnt ausgebildeten Umbiegungen oder Umbördelungen (12) für den Eingriff in die Einschnitte (7), dadurch gekennzeichnet, daß der plattenartige Grundkörper (10) im wesentlichen senkrecht verlaufende rippenartige Erhebungen (11) aufweist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator oder eine Drossel mit mindestens einer Drahtwicklung und mit einem die Wicklung durchsetzenden, in Querrichtung unterteilten Kern, sowie einem die Wicklung umschließenden, aus zwei im wesentlichen U-förmigen, symmetrischen und deckungsgleichen Teilen bestehenden Mantel, wobei Kern und Mantel sus geschichteten Lamellen gebildet sind und an dem bewickelbaren Teil der Kernlamelle seitlich auskragende rechteckige Ansätze anschließen, so daß der Kern in der Ebene des magnetischen Kraftflusses bzw. der magnetischer. Durchflutung eine etwa I-förmige Gestalt aufweist.

Transformatoren und Induktionsspulen dieser Art sind an sich bekannt. Ein wesentlicher Punkt zur Optimierung aller der das Gerät beeinflussenden Faktoren besteht darin, möglichst kurze Eisenwege zu erzielen und die für den Aufbau des Eisenkernes erforderlichen Lamellen abfallarm zu stanzen, wobei darauf zu achten ist, daß das Ausgangsmaterial bestmöglichst ausgenützt wird (abfallarmes Stanzen) und darüber hinaus auch der Wickelraum zur Aufnahme der Drahtwicklung im Verhältnis zum Eisenquerschnitt günstige Abmessungen aufweist, so daß die Summe aus Kupfer- und Eisenaufwand eine optimale Leistung erbringt. Auch ist darauf zu achten, daß konstruktiv bedingte Spaltstellen oder Trennfugen nicht die Quelle für Streufelder bilden, die in der Regel benachbarte Eisenteile erregen und diese in Schwingungen versetzen, was zu unerwünschten Brummgeräuschen führt.

Es ist auch bekannt, einen Eisenkern so auszubilden, daß seine einzelnen ihn aufbauenden Teile abfallarm gestanzt werden können, was bei einem bekannten Vorschlag in einem hohen Ausmaß erreicht worden ist (DE-OS 20 58 779). Dieser Vorteil bei dieser bekannten Konstruktion wurde aber durch eine erschwerte Montage erkauft. Zum Aufbau dieses bekannten Eisenkörpers, also zu seiner Schichtung, müssen wechselweise die einzelnen Lamellen stets um 180° gedreht werden. Darüber hinaus liegen die Stoßfugen im Bereich der äußeren Mantelteile, und zwar im Bereich hoher magnetischer Potentiale, was erfahrungsgemäß zu einem erhöhten Streufeidanteil führt. Zum Zusammenhalt des Eisenkernes werden nach der bekannten Ausführung nietenartige Stifte benötigt, welche sich durch den Eisenkern quer erstrecken und welche teilweise im magnetisch aktiven Bereich liegen und somit eine Verengung des aktiven Eisenquerschnittes mit sich bringen und darüber hinaus noch einen zusätzlichen Montageaufwand in Anspruch nehmen, da sie magnetisch isoliert eingebaut werden müssen, widrigenfalls hier Kurzschlußwindungen entstehen.

Bei einer anderen vorbekannten Drossel besitzt der nicht quergeteilte Kern eine T-förmige Gestalt, dessen Lamellen sich jedoch nicht abfallarm stanzen lassen. Die Mantelteile weisen an ihren äußeren Ecken Einschnitte auf. Diese Einschnitte haben hier ausschließlich und allein die Aufgabe, die umgebördelten, federnden Laschen der Abdeckung aufzunehmen, und zwar so, daß diese nicht gegenüber den Flanken des Eisenkörpers vorstehen. Für eine Ausgestaltung des Stanzbildes zum abfallarmen Stanzen bietet diese bekannte Konstruktion keine Anregung (US 31 27 581).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, möglichst kurze Eisenwege für den Eisenkörper zu erzielen und die für den Aufbau des Eisenkerns erforderlichen Lamellen so abfallarm wie möglich zu stanzen, wobei darauf zu achten ist, daß das

Ausgangsmaterial bestmöglich genutzt wird und darüber hinaus auch der Wickelraum zur Aufnahme der Hrahtwicklung im Verhältnis zum Eisenquerschnitt günstige Abmessungen aufweist, so daß die Summe aus Kupfer- und Eisenaufwand eine optimale Leistung erbringt Das Stanzbild soll auch so ausgestaltet sein, daß die den Eisenkörper bildenden Lamellen schlußendlich im Hinblick auf ihre Molekularorientierung vom Magnetfeld gleichartig durchströmt werden. Ferner >st darauf zu achten, daß konstruktiv bedingte Spaltstellen oder Trennfujen nicht die Quellen für Streufelder bilden, die in der Regel benachbarte Eisenteile erregen und diese in Schwingungen versetzten, was zu unerwünschten Brummgeräuschen führt. Es ist auch darauf Bedacht zu nehmen, daß bei der Montage des Eisenkörpers nicht die einzelnen Lamellen wechselweise gedreht werden müssen. Auch sollen keine Stoßfugen im Bereich der äußeren Mantelteile liegen, schon gar nicht im Bereich hoher magnetischer Potentiale, was nur unnötige und hohe Streufeldanteile mit sich bringt. Gemäß dieser komplexen Aufgabenstellung ist die Erfindung gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit folgender Merkmale:

1. Die Ansätze des Kerns sind von dazu korrespondierend ausgebildeten Aussparungen der U-förmigen Mantelteile aufgenommen, indem die Schenkel der U-förmigen Mantelteile auf den einander zugewandten Seiten treppenförmig abgesetzt sind;

2. die Höhe der treppenartigen Absetzung ist gleich der Höhe des Ansatzes des Kerns;

3. die Summe aus der Stärke des äußeren Absatzes in den Schenkeln der Mantelteile und der Höhe des Ansatzes der Kernlamelle ist mindestens gleich der Stärke des Steges der Mantelteile;

4. die Höhe des Kerns einschließlich eines eventuellen Luftspaltes ist gleich der größten inneren lichten Weite der Mantelteile;

5. die Mantelteile weisen an ihren äußeren Ecken Einschnitte auf, deren in Richtung der Schenkel gemessene Länge mindestens annähernd gleich ist dem gegenüber der Höhe des Ansatzes des Kerns vorliegenden Übermaßes der Länge des äußeren Absatzes.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die in Längsrichtung der Schenkel der Mantelteile gemessene Länge des äußeren Absatzes größer als die Höhe des Absatzes der Kernlamelle. Diese Bemessungsregel erlaubt eine Variation der effektiven Kernhöhe zur Bildung eines Luftspaltes, der je nach Einsatzzweck des Gerätes entsprechend groß bemessen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Eisenquerschnitt für einen Transformator oder eine Induktionsspule, der bzw. die in erfindungsgemäßer Weise aufgebaut ist.

F i g. 2 veranschaulicht das Stanzbild für die Erzeugung der für den Aufbau des Kerns nach Fig. 1 erforderlichen Lamellen.

F i g. 3 stellt eine Mantellamelle dar.

F i g. 4 stellt die Kernlamelle dar.

Fig. 1 zeigt den Eisenkern für einen Transformator oder eine Induktionsspule, wobei der Übersichtlichkeit wegen die Drahtwicklung nicht dargestellt wurde. Diese Drahtwicklung ist vom Kern 3 durchsetzt. Der Eisenkern ist ferner senkrecht zur Papierebene, also zur Darstellungsebene, geschichtet, so daß die Achse seiner Drahtwicklung senkrecht zu seiner Längserstreckung steht Dieser aus F i g. 1 ersichtliche Kern besteht aus den beiden U-förmigen Mantellamellen 1, welche die nicht dargestellte Wicklung umschließen und welche deckungsgleich ausgestaltet sind, ferner aus den beiden Kernlamellen 3, die zusammen den Kern, der die Wicklung durchsetzt, darstellen. Diese Lamellen, welche paarweise deckungsgleich sind, werden nun in überaus materialsparender Weise aus einem Siechstreifen gestanzt, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist Das Stanzbild ist vorschlagsgemäß so gewählt, daß praktisch überhaupt kein Materialabfall eintritt und daß ferner sowohl Kernwie Mantelteil beim betriebsfertigen Gerät im überwiegenden Teil in ihrer magnetischen Vorzugsrichtung beansprucht werden. Die Stanzung selbst erfolgt dabei so, daß mit der ersten Stanzung der Kernteil 3 herausgearbeitet wird. Der verbleibende Mantelteil 1 weist nach der Ausstanzung des Kernteils 3 eine Kante 13 auf mit zwei scharfen Graten 13', die sich aus den Rundungen des Kernteiles 3 ergeben und diese Kanten 13, in Fig. 2 bei der obersten MantelJ-amelle 1 gezeigt, wird mit der Mantellamelle beim nächstfolgenden Stanzvorgang abgetrennt, so daß die Kante 13" schlußendlich die äußerste Kante der Mantellamelle 1 bildet. Für diese Abtrennung ist nunmehr ein geringer Kraftbedarf erforderlich, so daß mit relativ kleinen und vor allem schnell laufenden Pressen gearbeitet werden kann, welche bis zu 600 Hüben in der Minute durchführen. Das gewählte Stanzbild läßt kleine Stanzfolgen zu, damit kurze Vorschübe, was die Gefahr möglicher Fehler reduziert, abgesehen davon, daß nur geringe Massen beschleunigt werden müssen. Die aus dem Blechstreifen ausgestanzte Kernlamelle 3 bildet im Streifen eine umfangsgeschlossene Ausnehmung, die als Führungsöffnung während des Stanzvorganges dienen kann. Die Lamellen für den Eisenkörper sind mit relativ kleinen Stanzen zu fertigen, da die Schnittlinien im Vergleich zum Umfang der ausgestanzten Teile ein äußerst günstiges Verhältnis aufweisen. Als Ausgangsmaterial dienen handelsübliche bandartige Streifen, wie sie F i g. 2 veranschaulicht. Beim ersten Stanzvorgang wird derjenige Teil ausgestanzt, der mit 3 bezeichnet ist und der zum Aufbau des Kernes dient. Diese dadurch gewonnene umfangsgeschlossene Öffnung dient, wie erwähnt, als Führungsöffnung zur Aufnahme von Führungswerkzeugen, die die ordnungsgemäße Lage des Streifens innerhalb des Stanzwerkzeuges zu gewährleisten haben. Diese können vorliegendenfalls relativ groß und damit einfach gestaltet werden. Für die Ausstanzung der Mantellamelle muß nun praktsich nur die durch den Einschnitt 7 gegebene sehr kurze Schnittlinie durch das Stanzwerkzeug überwunden werden, denn die in Streifen aufeinanderfolgenden Mantellamellen 1 hängen nach der Ausstanzung der Kernlamelle 3 nur mehr über jenem Bereich zusammen, der durch die Längs des Einschnittes 7 gegeben ist.

Alle diese erwähnten Merkmale begünstigen die Herstellung des Eisenkerns bzw. der für den Aufbau dieses Kerns erforderlichen Teile. Aber auch die weitere Fertigung ist überaus zweckmäßig. Ist nämlich die Drahtwicklung hergestellt und in den Wickelkörper der Kern bzw. die den Kern bildenden Lamellen 3 eingeschoben, so werden die beiden zu Paketen zusammengefügten U-förmigen Mantelteile von der Seite her auf den Kernteil aufgeschoben, ohne daß dadurch die Drahtwindungen der Erregerwicklung beschädigt werden. Durch dieses seitliche Aufschieben oder Aufstecken der Mantelhälften kann auch der zur

Verfügung stehende Wickelraum bestmöglich ausgenützt werden.

Die nach dem vorstehend beschriebenen Stanzbild gewonnenen Mantellamellen sind in F i g. 3 im einzelnen dargestellt. Die Schenkel 5 dieser U-förmigen Mantelteile sind auf den einander zugewandten Seiten treppenförmig abgesetzt,und die Höhe ader treppenartigen Absetzung ist gleich der Höhe b des Ansatzes 2 der Kernlamelle 3. Durch die treppenartige Absetzung der Innenseiten der lamellenartigen Mantelteile 1 weisen diese auf der Innenseite der Schenkel 5 zwei unterschiedliche lichte Weiten c und d auf, wobei die innere und kleinere der lichten Weiten c gleich ist der Breite e des für die Aufnahme der Drahtwicklung vorgesehenen Kernes 3. Dagegen ist die größere und äußere lichte Weite d des Mantelteiles 1 mindestens gleich der Höhe /des einsetzbaren Kernes.

Um den Kernquerschnitt in all seinen Bereichen einer gleichmäßigen magnetischen Durchflutung zu unterwerfen, ist die Summe aus der Stärke g des äußeren Absatzes 5' in den Schenkeln der Mantelteile und der Höhe b des Absatzes 2 der Kernlamelle mindestens gleich der Stärke h des die Schenkel 5 der Mantelteile 1 verbindenden Steges.

Dadurch, daß die in Längsrichtung der Schenkel der Mantelteile 1 gemessene Länge /des äußeren Absatzes 5' größer ist als die Höhe b des Ansatzes 2 der Kernlamelle 3, werden bei den Mantellamellen an den äußeren Ecken Einschnitte erzielt, welche vorliegendenfalls von zueinander senkrecht stehenden Kanten begrenzt sind. Grundsätzlich wäre es auch möglich, diese Einschnitte so auszugestalten, daß sie mit winkelig zueinander stehenden Kanten gebildet werden, um so hinterschnittene Flächen zu erreichen, welche unter Umständen für den Einsatz von Halteorganen oder Haltespangen verwendet werden können. Die Zweckmäßigkeit der entstandenen Eckeinschnitte wird nachstehend noch erwähnt. Diese Einschnitte 7 an den Ecken der Mantellamellen weisen in Richtung der Schenkel eine Länge j auf, die zumindest annähernd gleich ist dem gegenüber der Höhe b des Ansatzes 2 des Kerns 3 vorliegenden Übermaß i — b der Länge / des äußeren Absatzes 5'.

Ein weiteres Merkmal zur materialsparenden Stanzung liegt darin, daß das Ausmaß k der seitlichen Auskragung des Ansatzes 2 der Kernlamelle 3 gleich ist der Höhe a des Schenkelabsatzes und die Länge / des inneren Absatzes 5" der Mantelteile höchstens gleich ist der halben bewickelbaren Kernlänge m. Die Breite edes Kernes 3 und seine bewickelbare Länge m ist annähernd gleich groß, so daß der von der Wicklung umschlossene Teiles des Kernes eine zumindest annähernd quadratische Fläche bildet.

Der aus den vorstehend beschriebenen Lamellen gebildete Eisenkörper weist beim betriebsmäßigen Einsatz die aus F i g. 1 ersichtliche Querschnittsform auf. Die magnetisch nicht beanspruchten äußeren Ecken der Mantellamellen sind eingeschnitten, wie schon vorstehend erwähnt worden ist. Da der vorgeschlagene Eisenkern es gestattet, Transformatoren und Induktionsspulen zu bauen, deren Leistungsvolumen gegenüber herkömmlichen Ausführungsformen sehr hoch liegt, die also bezogen auf ihr Volumen eine große elektrische Leistung beherbergen, ist es zweckmäßig, eventuell Kühlelemente an diesem Eisenkörper anzuordnen. Ein solches Kühlelement ist in F i g. 1 dargestellt. Es besteht aus einem plattenartigen Grundteil 10, welcher längsverlaufende Rippen 11 aufweist. Der Plattenteil 10 hat nach unten gebogene Randzonen 12, welche in die Einschnitte 7 der Mantellamelle eingreifen und so als zusätzliche Halterung dienen köntien. Es wäre denkbar und möglich, diese Teile 12 nach Art einer Zahnleiste auszubilden, so daß auch an den benachbarten Seiten des Eisenkörpers, welche vom Kühlelement bedeckt sind, solche Kühlelemente angeordnet werden könnten, wobei die jeweils gezahnt ausgebildeten Halteleisten 12 ineinandergreifen. Die Einschnitte 7 können aber auch dazu dienen, längsverlaufende Spannschrauben für den Zusammenhalt des Eisenkörpers anzuordnen, Diese Spannschrauben bedürfen keiner magnetischer Isolation, da sie nicht vom Magnetfeld um- oder durchflossen sind. Solche Spannschrauben dienen zum Zusammenhalt des Eisenkörpers in der Längsrichtung, also in der zur Papierebene senkrechten Richtung. Dank des gewählten Stanzvorganges bzw. Stanzbildes nach F i g. 2 bedarf der Eisenkörper in Querrichtung keiner Halteorgane, denn da Kern und Mantellamelle in einem Stanzvorgang bzw. von einem Werkzeug gestanzt werden, können die Toleranzen so eng gehalten werden, daß die zusammengesteckten Teile fest zusammenhalten und keiner äußeren Halteorgane bedürfen. Das vorstehend beschriebene Kühlelement als Halteorgan ist an den Seiten, wie aus F i g. 1 ersichtlich, des Eisenkörpers angebracht. Es ist aber auch denkbar, an den Stirnseiten des Eisenkörpers senkrecht zur Längserstreckung des Eisenkörpers vorgesehene Stirnplatten anzuordnen, welche in Längsrichtung gegeneinander verspannt werden und welche ebenfalls mit Kühlrippen ausgestattet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Transformator oder Drossel mit mindestens einer Drahtwicklung und mit einem die Wicklung durchsetzenden, in Querrichtung unterteilten Kern, sowie einem die Wicklung umschließenden, aus zwei im wesentlichen U-förmigen, symmetrischen und deckungsgleichen Teilen bestehenden Mantel, wobei Kern und Mantel aus geschichteten Lamellen gebildet sind und an dem bewickelbaren Teil der Kernlamelle seitlich auskragende rechteckige Ansätze anschließen, so daß der Kern in der Ebene des magnetischen Kraftflusses bzw. der magnetischen Durchflutung eine etwa I-förmige Gestalt aufweist, gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit folgender Merkmale: