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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wickelkern eines
Transformators, auf den zylindrische Spulenkörper
aufgebracht werden, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
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Als Wickelkerne von Transformatoren, auf die zylindrische
Spulenkörper aufgebracht werden, finden Kerne mit
kreisförmigem Querschnitt, die den Vorteil haben, daß sie sehr dünn,
sehr klein und sehr leicht sind, in neuerer Zeit Verwendung
(siehe geprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokoku)
60-28375 und 61-22851, ungeprüfte japanische
Patentveröffentlichung (Kokaki) 55-132027 und GB-A-69284).
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Bei einem vorstehend erwähnten Wickelkern können jedoch die
Anfangs- und Endabschnitte eines gewickelten
Streifenmateriales vom Wickelzentrum abweichen, was zur Folge hat, daß
bei Aufbringung eines druckverschweißten Spulenkörpers auf
den Wickelkern und Drehung der Wickelkern die Innenfläche des
Spulenkörpers zerkratzt, wodurch der Wickelvorgang ernsthaft
behindert wird. Auch ist es manchmal unmöglich, einen
Druckschweißvorgang durchzuführen, da der Spulenkörper in zwei
Teile aufgeteilt ist, wie nachfolgend im einzelnen erläutert
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wickelkern
zu schaffen, der verhindert, daß die Innenfläche des
Spulenkörpers zerkratzt wird und das Druckverschweißen des
Spulenkörpers ermöglicht, und zwar selbst dann, wenn die Anfangs-
und Endabschnitte des Wickelkernes von der Mittelposition
abweichen.
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Erfindungsgemäß wird ein Wickelkern geschaffen, auf den ein
zylindrischer Spulenkörper für Wicklungen aufgebracht wird.
Der Kern wird hergestellt, indem ein flacher Streifen eines
Kernmateriales um eine vorgegebene Achse gewickelt wird, so
daß sich die Breite des Wickelstreifens im wesentlichen
parallel zu dieser Achse erstreckt, wobei der Streifen
derart gewickelt wird, daß der Kern sich symmetrisch un eine
senkrecht zu der Achse verlaufende Ebene erstreckt und wobei
die Breite des Streifens entlang seiner Länge derart
variiert, daß der Umfang eines Schnittes durch den Kern in
einer Ebene senkrecht zum Streifen und parallel zu der Achse
einen Abschnitt eines Kreises bildet. Der Wickelkern ist
dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Schnittfläche einen
elliptischen Abschnitt, der sich durch die Symmetrieebene
erstreckt, und kreisförmige Abschnitte mit gleichem
Krümmungsradius aufweist, die auf einem gemeinsamen Punkt
zentriert sind und sich von gegenüberliegenden Enden des
elliptischen Abschnittes aus erstrecken, wobei der Abstand
zu dem gemeinsamen Punkt von einem beliebigen Punkt auf dem
elliptischen Abschnitt mit Ausnahme seines Endes geringer
ist als der Krümmungsradius der kreisförmigen Abschnitte.
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Der Umfang des Schnittes kann einen geraden Abschnitt
umfassen, der sich zwischen Enden der kreisförmigen Abschnitte
von den elliptischen Abschnitten entfernt erstreckt.
Alternativ dazu kann der Umfang des Schnittes zwei
elliptische Abschnitte aufweisen, von denen sich jeder durch die
Symmetrieebene erstreckt, wobei ein radial äußerer
elliptischer Abschnitt zwischen Enden der kreisförmigen
Abschnitte, die am weitesten von der Achse weg sind, verläuft
und ein radial innerer elliptischer Abschnitt sich zwischen
radial inneren Enden der kreisförmigen Abschnitte, die der
Achse am nächsten liegen, erstreckt.
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Als weitere Alternative kann der Umfang der Schnittfläche
einen geraden Abschnitt umfassen, der sich zwischen Enden
der kreisförmigen Abschnitte von den elliptischen
Abschnitten entfernt erstreckt, wobei die kreisförmigen Abschnitte
derart verlaufen, daß sich die Tangenten an die
kreisförmigen Abschnitte an den Enden parallel zueinander erstrecken.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen
erläutert. Es zeigen:
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Figur 1 einen Schnitt durch einen Wickelkern des
Standes der Technik, der einen
kreisförmigen Querschnitt aufweist und auf den
ein zylindrischer Spulenkörper
aufgebracht ist;
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Figur 2 einen Schnitt zur Erläuterung eines
Problemes bei dem Wickelkern der Figur 1;
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die Figuren
3A und 3B Schnittansichten, die Ausführungsformen
des erfindungsgemäß ausgebildeten
Wickelkernes zeigen;
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Figur 4 eine Schnittansicht des Wickelkernes der
Figur 3A, auf den ein zylindrischer
Spulenkörper aufgebracht ist;
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Figur 5 eine perspektivische Ansicht, die den
gesamten Transformator einschließlich des
Wickelkernes der Figur 3A zeigt;
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Figur 6A eine Draufsicht auf den Wickelkern der
Figur 3A;
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Figur 6B einen Schnitt entlang den Linien B-B in
Figur 6A;
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die Figuren
7 und 8 Draufsichten, die Verfahren zum
Zerschneiden des Streifens der Figur 3A
zeigen;
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Figur 9A eine Draufsicht auf den Wickelkern der
Figur 3B, der bei einem einphasigen
schalenförmigen Transformator verwendung
findet;
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Figur 9B einen Schnitt entlang den Linien B-B in
Figur 9A;
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Figur 10A eine Draufsicht auf den Wickelkern der
Figur 3B, der bei einem dreibeinigen
dreiphasigen Transformator verwendung
findet;
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Figur 10B einen Schnitt entlang den Linien B-B in
Figur 10A;
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die Figuren
11 und 12 Draufsichten, die Verfahren zum
Zerschneiden von Streifen für den Wickelkern
der Figur 3B zeigen;
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die Figuren
13 und 15 Draufsichten, die Verfahren zum Schneiden
von Streifen für den Wickelkern der Figur
3B zeigen; und
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Figur 14 eine Vergrößerung eines Teiles der Figur
13.
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Bevor die vorliegende Erfindung beschrieben wird, wird der
Wickelkern des Standes der Technik in Verbindung mit den
Figuren 1 und 2 erläutert. Gemäß Figur 1 wird ein Wickelkern 1
erhalten, indem Streifenmaterial, das ausgezeichnete
magnetische Eigenschaften besitzt und vorher in vorgegebene
Formen geschnitten worden ist, gewickelt wird. Hierbei wird ein
kreisförmiger Querschnitt des Wickelkernes 1 erzielt. Für
diesen Wickelkern 1 werden zwei getrennte Stücke für einen
zylindrischen Spulenkörper 2 an Druckschweißflächen 3
miteinander druckverschweißt, und die Wicklungen (nicht
gezeigt) werden durch Rotation auf den Spulenkörper 2
gewickelt. Somit wird auf diese Weise der Luftspalt 4 zwischen
dem Wickelkern 1 und dem Spulenkörper 2 reduziert, so daß
ausgezeichnete magnetische Eigenschaften erhalten werden.
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Bei dem Wickelkern 1 der Figur 1 können jedoch die Anfangs-
und Endabschnitte des Streifenmateriales vom Wickelzentrum
desselben abweichen, wie durch die Pfeile X und Y in Figur 2
angedeutet ist, wobei dies auf die Wickelvorrichtung (nicht
gezeigt) oder die letzten Arbeitsschritte zurückzuführen
ist. Das hat zur Folge, daß beim Drehen des
druckverschweißten Spulenkörpers 2 der Kern 1 die Innenfläche des
Spulenkörpers 2 zerkratzt, insbesondere an den
druckverschweißten Abschnitten 3, so daß es unmöglich wird, einen
Wickelvorgang durchzuführen, und im schlechtesten Fall
unmöglich wird, einen Druckschweißvorgang am Spulenkörper 2
auszuführen.
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Wie aus Figur 3A hervorgeht, ist bei der vorliegenden
Erfindung der Querschnitt der Anfangs- und Endabschnitte eines
Wickelkernes 1' elliptisch, während die Querschnitte der
anderen Abschnitte wie beil Stand der Technik kreisförmig
sind. Es muß dabei nur einer der Anfangs- und Endabschnitte
elliptisch ausgebildet sein.
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Auch ein bei einem einphasigen schalenförmigen Transformator
oder einem dreibeinigen dreiphasigen Transformator
Verwendung findender Wickelkern besitzt einen halbkreisförmigen
Querschnitt. In diesem Fall ist gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie in Figur 3B gezeigt, der Anfangs- oder
Endabschnitt elliptisch, während die anderen Abschnitte
kreisförmig sind.
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In Verbindung mit Figur 4 wird der Wickelkern 1' der Figur
3A im einzelnen erläutert. Gemäß Figur 4 sind die
Querschnitte eines Anfangsabschnittes 11 und eines
Endabschnittes 12 des Wickelkernes 1' elliptisch. Daher ist der
Luftspalt 4' zwischen dem Anfangsabschnitt 11 und dem
Endabschnitt 12 und dem Spulenkörper 2 im Vergleich zum Stand der
Technik gemäß Figur 1 größer, wobei dies jedoch den
Minimalbetrag darstellt. Selbst wenn bei dem in Figur 4
dargestellten Wickelkern 1' der Anfangsabschnitt 11 und der
Endabschnitt 12 vom Wickelzentrum abweichen, ist der
Luftspalt 4' zwischen diesen Abschnitten 11 und 12 und dem
Spulenkörper
2 groß genug, um ein Zerkratzen der Innenfläche
des Spulenkörpers 2 zu verhindern, insbesondere der
druckverschweißten Abschnitte 3, oder um ein Druckverschweißen
des Spulenkörpers 2 zu ermöglichen.
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Auch bei dem Wickelkern 1' der Figur 4 ist die Dicke t'
desselben kleiner als die Dicke t des Wickelkernes 1 des
Standes der Technik gemäß Figur 1. Daher wird die Gesamtlänge L
des Wickelkernes 1', wie in Figur 5 gezeigt, d.h. die
Gesamtlänge des Transformators, reduziert, wodurch die Größe
des Transformators verringert wird.
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Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
sowohl der Anfangs- als auch der Endabschnitt elliptisch
sind, muß nur ein Abschnitt elliptisch sein. In diesem Fall
ist die Wirkung etwas geringer, jedoch immer noch besser als
die des Standes der Technik.
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Der Wickelkern 1' der Figur 3A ist in seiner Gesamtheit in
Figur 6A dargestellt. Figur 6B ist ein Schnitt entlang den
Linien B-B in Figur 6A. Im Hinblick auf den Ausnutzungsgrad
des Materiales und die Einfachheit des Schneidvorganges
bleibt beim Schneiden von Streifen für den Wickelkern 1'
eine der geraden Seiten des Materiales linear, während die
andere Seite gemäß einer vorgegebenen Kurve, die in Figur 7
gezeigt ist, abgeschnitten wird. Alternativ dazu bleiben
beide gerade Seiten des Materiales linear, und der
Schneidvorgang wird entlang von zwei vorgegebenen Kurven
durchgeführt, wie in Figur 8 gezeigt. Gemäß Figur 8 besitzt eine
der Kurven konkave Abschnitte, die konvexen Abschnitten der
anderen Kurve gegenüberliegen und somit die Material
ausnutzung verbessern.
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In der Praxis ist die Länge eines Streifens für einen
Wickelkern 1' sehr groß, beispielsweise etwa 20 m, jedoch
die Breite desselben sehr klein, beispielsweise etwa 1 bis
3 cm. Selbst wenn daher eine Seite des Streifens gerade und
nur die andere Seite desselben gekrümmt ist, kann der
Streifen so gewickelt werden, daß der Wickelkern 1' der Figuren
6A und 6B hergestellt wird. Auch ist es einfach, die Kurven
der Figuren 7 und 8 durch Berechnung gemäß der Form des
Wickelkernes 1', wie in den Figuren 6A und 6B gezeigt, und
durch die Dicke des Materiales zu bestimmen. Alternativ dazu
kann ein rechteckiger Wickelkern geschnitten und abgerundet
werden, so daß der Wickelkern 1' geinäß Figur 3A erhalten
wird. Der erhaltene Wickelkern 1' kann dann zum Erhalten
eines Modellstreifens weiterentwickelt werden. Die vorstehend
erwähnten Kurven können dabei durch tatsächliches Messen der
Breite des Modellstreifens ermittelt werden.
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Der halbkreisförmige Wickelkern 1'' der Figur 3B wird auf
Wickelkerne 21 und 22 eines einphasigen schalenförmigen
Transformators aufgebracht, wie in den Figuren 9A und 9B
gezeigt, oder auf einen Außenkern 23 und Innenkerne 24 und 25
eines Tripod-Dreiphasentransformators, wie in den Figuren
10A und 10B gezeigt. Das Schneiden der Streifen wird, wie in
Figur 11 oder 12 gezeigt, in der gleichen Weise wie bei den
Figuren 7 und 8 ausgeführt. Gemäß den Figuren 11 und 12
werden jedoch scharfe Abschnitte im Schneidwinkel erzeugt, wie
durch den Pfeil X in Figur 11 oder die Pfeile Y und Z in
Figur 12 angedeutet ist. Wenn ein derartiger Schneidvorgang
mit Hilfe einer Längsschneidvorrichtung ausgeführt wird, muß
die Längsschneidvorrichtung an den Abschnitten X, Y und Z
gestoppt werden, und diese Abschnitte müssen durch andere
Einrichtungen geschnitten werden. Da daher die
Längsschneidvorrichtung üblicherweise so arbeitet, daß sich das Material
mit einer Geschwindigkeit von mehr als 200 m/min bewegt,
wird der Wirkungsgrad dieser Vorgehensweise beträchtlich
verringert, so daß die Herstellkosten des Transformators
(Wickelkerne) ansteigen.
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Gemäß Figur 13, die eine Modifikation der Figur 11 ist,
besitzt ein Material 31 zwei gerade Linien auf beiden Seiten.
Eine der Seiten 31a verbleibt gerade, und der Schneidvorgang
wird an der anderen Seite entlang einer vorgegebenen Kurve
31b durchgeführt, so daß eine Vielzahl von Streifen 32
erhalten wird. Die vorstehend erwähnte vorgegebene Kurve 31b
ist so eingestellt, daß die Streifen 32 auf eine vorgegebene
Form gewickelt werden, so daß der Wickelkern 21, 22 oder 23
mit halbkreisförmigem Querschnitt erhalten wird, wie die
Figuren 9A, 9B, 10A und 10B zeigen. Mit anderen Worten, der
Schneidvorgang wird entlang einer Linie und/oder einer
schwach geneigten Kurve 31c durchgeführt. Bei jedein der
abgetrennten Streifen 32 beträgt die Länge etwa das
Fünfhundertfache der Breite. Daher ist die Kurve 31c eine sehr
schwach geneigte Kurve, wie Figur 14 zeigt, die eine
Vergrößerung der Figur 13 ist. Beispielsweise beträgt die
Gesamtlänge eines Streifens 20 m, und der schwach geneigte
Abschnitt etwa 5 cm. Dieser Abschnitt wird ebenfalls
gewickelt, so daß nur ein geringer Verlust entsteht. Somit
kann die Längsschneidvorrichtung (siehe geprüfte japanische
Patentveröffentlichung (Kokoku) 60-28375 und ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung (Kokai) 55-132057) einen
Schneidvorgang entlang den Kurven 31a und 31c ohne Stoppen
ausführen.
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Gemäß Figur 15, die eine Modifikation von Figur 12 ist,
bleiben beide geraden Seiten 41a und 41b eines Materiales
gerade, und der Schneidvorgang wird gleichzeitig entlang
zwei vorgegebenen Kurven 41c und 41d ausgeführt, wodurch
eine Vielzahl von Streifen 42 und 43 erhalten wird. In
diesem
Fall liegen die konkaven und konvexen Abschnitte einer
Vielzahl von Streifen 42 den konvexen und konkaven
Abschnitten einer Vielzahl von Streifen 43 gegenüber, wodurch die
Materialausnutzung verbessert wird.
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Das in den Figuren 13 und 15 gezeigte Schneidverfahren kann
in einfacher Weise durchgeführt werden, Indem die in der
geprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) 60-28375
oder der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
(Kokai) 55-132027 beschriebene Längsschneidvorrichtung
verwendet wird.
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Wie vorstehend erwähnt, kann erfindungsgemäß selbst dann,
wenn der Anfangs- und/oder Endabschnitt vom Wickelzentrum
abweichen, ein Zerkratzen der Innenflächen der Spulenträger
vermieden und ein Druckverschweißen der Spulenträger
durchgeführt werden. Ferner können Streifen für Wickelkerne mit
halbkreisförmigem Querschnitt erhalten werden, die einen
ausgezeichneten Wirkungsgrad besitzen.