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Dokumentenidentifikation DE69729123T2 12.05.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000970490
Titel MAGNETKERN FÜR EINEN STEUERBAREN INDUKTOR UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DESSELBEN
Anmelder ABB AB, Västerås, SE
Erfinder VALDEMARSSON, Stefan, S-725 97 Västeras, SE;
HOLMGREN, Tommy, S-771 43 Ludvika, SE;
ZINDERS, Gunnar, S-771 51 Smedjebacken, SE;
SANDIN, Björn, S-771 60 Ludvika, SE;
ELOFSSON, Dan, S-771 42 Ludvika, SE;
EKWALL, Olle, S-771 43 Ludvika, SE
Vertreter Becker, Kurig, Straus, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69729123
Vertragsstaaten DE, FR, GB, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.03.1997
EP-Aktenzeichen 979198165
WO-Anmeldetag 26.03.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/SE97/00528
WO-Veröffentlichungsnummer 0098043257
WO-Veröffentlichungsdatum 01.10.1998
EP-Offenlegungsdatum 12.01.2000
EP date of grant 12.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.05.2005
IPC-Hauptklasse H01F 27/26
IPC-Nebenklasse H01F 41/02   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung und Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen röhrenförmigen Kern für einen steuerbaren Induktor mit einer Hauptwicklung, die den Kern umgibt, und einer Steuerwicklung, die im Wesentlichen axial durch den Kern hindurchgeht, wobei der Kern dazu vorgesehen ist, einen magnetischen Fluß von der Hauptwicklung, die im Wesentlichen axial dadurch verläuft, zu empfangen, und eine Anzahl von Kernringen umfasst, die koaxial aufeinander gestapelt sind, und mit bzw. zu einer starren Einheit verbunden sind.

Solch ein steuerbarer Induktor ist zum Beispiel aus der WO 94/11891 des Anmelders vorhergehend bekannt. Der Definition von "steuerbar" soll eine solch breite Bedeutung gegeben werden, dass sie ebenso den Fall umfasst, dass ein Steuerstrom, der über die Zeit konstant ist, durch die Steuerwicklung fließt.

Ein steuerbarer Induktor dieser Art funktioniert in Verbindung mit einem Kondensator als ein so genannter harmonischer Filter in Verbindung mit einer Hochspannungsstation zum Umwandeln von Gleichspannung in Wechselspannung, wobei seine Hauptwicklung normalerweise auf der Seite der Wechselspannung mit dem Hochspannungsnetz verbunden ist. In solch einem steuerbaren Induktor wird die Permeabilität seines Kerns und dadurch die Induktivität mit Hilfe der Quermagnetisierung gesteuert, die innerhalb des Kerns erzeugt wird, indem normalerweise Gleichstrom dazu gebracht wird, durch die Steuerwicklung zu fließen; Wechselstrom zu verwenden wäre jedoch ebenfalls möglich, wobei die Induktivität des Induktors auf genau die gleiche Frequenz eingestellt werden kann, die ein in dem Hochspannungsnetz erzeugter Oberton aufweist, für eine wirksame Ausblendung davon, während kleine Energieverluste in dem Induktor bewirkt werden.

Um die Wärmeverluste, die aufgrund des magnetischen Flusses der Hauptwicklung in dem Kern entstehen, auf einem niedrigen Niveau zu halten, werden die verschiedenen Kernringe normalerweise durch eine Wicklung eines dünnen Blechs bzw. einer dünnen Platte in mehreren Windungen außerhalb von einander gebildet, während bzw. obwohl solche Wirbelstromverluste/Einheitsvolumen dem Quadrat der Dicke des Metalls proportional sind, durch die eine bestimmte Flußdichte hindurchgeht. Den Kernringen ist danach eine starre Form gegeben worden, normalerweise durch eine Vakuum-Druck-Imprägnierung, wobei jeweils ein Kern gleichzeitig hergestellt wird, und dadurch mehrere und teure Befestigungen benötigt werden, normalerweise eine einzelne Befestigung für jeden Kernring, um die Ringe ringförmig und eben zu bekommen, was nicht immer erfolgreich war. Die so gebildeten starren Ringe sind danach aufeinander gestapelt worden, und mit der Hilfe eines elektrisch isolierenden Klebers dazwischen zusammengeklebt worden. Aufgrund dessen sind einige dieser Kernringe etwas schräg geworden, während sie ausgehärtet worden sind, wobei der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen zwei aufeinander folgenden Kernringen danach uneben und an einigen Stellen zu groß werden kann, was dazu führt, dass bei der späteren Verwendung des Kerns in dem steuerbaren Induktor der Widerstand gegen den magnetischen Fluß an diesen Stellen größer werden wird, was die Flußlinien dazu bringt, schräg nach außen in die Luft zu verlaufen, was wiederum zu schrägen Richtungen des magnetischen Flusses und erhöhten Wirbelstromverlusten in dem Kern führt.

Ein weiterer Nachteil bei dieser bekannten Herstellungstechnik ist, dass die Kerne, die aus dieser Technik hervorgehen, vergleichsweise zerbrechlich bzw. empfindlich gegenüber Stößen und schwierig zu transportieren werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kern und ein Verfahren zum Herstellen eines Kerns für einen steuerbaren Induktor gemäß den Oberbegriffen der entsprechenden unabhängigen Ansprüchen bereitzustellen, wobei der Kern und das Verfahren in einem großen Ausmaß die vorstehend beschriebenen Probleme von vorhergehend bekannten Verfahren und daraus hervorgehenden Kernen beseitigen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren erreicht, durch das nicht ausgehärtete Kernringe, die eine feste Form haben, aufeinander folgend gegeneinander angeordnet und in Bezug auf innere und äußere Oberflächen benachbarter Ringe miteinander ausgerichtet werden, und dass danach aufeinander folgende Kernringe miteinander zu bzw. mit einer starren Konstruktion verbunden werden, während die Kerne zu einer festen Form ausgehärtet werden. Dank der Tatsache, dass nicht ausgehärtete Kernringe, die eine feste Form haben, aufeinander folgend gegeneinander angeordnet werden, und das diese Kernringe zuerst in Verbindung mit deren Verbindung zu einer starren Konstruktion ausgehärtet werden, existiert keine Notwendigkeit für teure Befestigungen, aber vor allem ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Ringe deformieren, und es ist möglich, einen kleinen, aber einheitlich bzw. gleichmäßig breiten Zwischenraum zwischen zwei aufeinander folgenden Kernringen zu erhalten, so dass das vorstehend genannte Problem mit lokal bzw. örtlich schrägen Richtungen von Flußlinien und davon hervorgerufenen Wirbelstromverlusten gelöst wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die nicht ausgehärteten Kernringe gegeneinander angeordnet, indem sie aufeinander angeordnet werden. Durch solches Anordnen der Kernringe aufeinander kann die Schwerkraft verwendet werden, um die Ausrichtung der Kernringe zu einander zu erleichtern.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nicht ausgehärtete Kernringe, die eine feste Form haben, auf die Außenseite einer inneren Umhüllung mit im Wesentlichen gleichem äußeren Querschnitt bzw. Querschnittsform wie dem inneren Querschnitt der Ringe in einer solchen Weise aufgefädelt bzw. aufgeschraubt, dass die Verbindungen bzw. Verbindungsstellen zwischen aufeinander folgenden Kernringen in axialer Richtung von einem Teil der Umhüllung überlappt werden, der sich kontinuierlich in dieser Richtung auf jeder Seite der fraglichen Verbindung erstreckt, und dass danach aufeinander folgende Kernringe, und die Kernringe und die Umhüllung miteinander zu einer starren wandartigen Konstruktion verbunden werden, während die Kernringe zu einer starren Form ausgehärtet werden. Dank der Tatsache, dass die innere Umhüllung zum Tragen bzw. Halten der Kernringe an der Stelle bzw. an Ort und Stelle verwendet wird, während des Verbindens der Kernringe miteinander und mit der Umhüllung selbst, können diese Kernringe erst beim Verbinden der Kernringe miteinander zu starren Kernringen ausgehärtet werden, wodurch ein starrer Kern gebildet wird. Auf diese Weise existier keine Notwendigkeit für teure Befestigungen, aber vor allem ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Ringe deformieren, und es ist möglich, einen kleinen, aber gleichmäßig breiten Zwischenraum zwischen zwei aufeinander folgenden Kernringen zu erhalten, so dass die vorstehend genannten Probleme mit Konzentrationen von Flußlinien und davon hervorgerufenen Wärmeverlusten gelöst werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Verbindungen zwischen aufeinander folgenden Kernringen in axialer Richtung von der Umhüllung überlappt werden, und dass diese Umhüllung mit den Kernringen verbunden wird, wird ebenfalls ein sehr fester, wandartiger Kern erhalten, wobei der Kern stabil ist und ohne die Gefahr von Deformationen davon leicht gehandhabt und transportiert werden kann. Dabei bedeutet "nicht ausgehärtet", dass die Kernringe keine starre Form angenommen haben, wenn sie außen auf einer inneren Umhüllung aufgefädelt werden. Die Worte "die Kernringe werden auf die Außenseite einer inneren Umhüllung aufgefädelt" umfassen natürlich auch den Fall, dass ein relatives Moment zwischen den Ringen stattfindet, so dass es so angesehen werden kann, dass die Umhüllung in die Kernringe gedrückt wird. Das Aushärten der Kernringe kann stattfinden, indem ihnen eine starre Form übertragen wird, durch Aushärten eines dahin eingedrungenen Bindemittels oder ähnlichem, möglicherweise mit einer erhöhten Temperatur, oder einfach durch Bereitstellen bzw. Versehen jedes Kernrings mit einer starren Form, indem er sowohl mit der Umhüllung als auch mit einem benachbarten Kernring verbunden wird.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt, dass das Verbinden auf der Oberfläche durch ein Bindemittel über im Wesentlichen die gesamten fraglichen Oberflächen der Kernringe und der Umhüllung ausgeführt wird, die einander benachbart sind. Auf diese Weise wird eine sehr feste wandartige Konstruktion erhalten, und sie ist leicht zu handhaben und zu transportieren.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Kernringe hergestellt, indem ein Metallblech in mehreren Windungen aufeinander bzw. oberhalb voneinander gewickelt wird, wobei das Blech mit einer isolierenden Schicht aufgebracht wird, wobei der Kern eine äußere und innere zylindrische Form aufweist, die im Wesentlichen konisch gegen die zwei äußeren Enden abgeschrägt ist, und die Kernringe, die eine im Wesentlichen konische Form aufweisen, hergestellt werden, indem das Metallblech schräg über die bzw. zu der Wicklungsrichtung in Verbindung mit dem Wickeln geschnitten wird, so dass die Breite des Blechs sukzessiv abnimmt. Auf diese Weise werden Kernringe für die Verringerung von Wirbelstromverlusten an den Enden des Kerns leicht in der erforderlichen Form hergestellt, ohne irgendwelche Notwendigkeiten von Nachbearbeitung, Aufbringen bzw. Anwenden von speziell hergestellten konischen äußeren Gehäusen oder ähnlichem.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein elektrisch isolierendes Bindemittel zwischen der Umhüllung und den Kernringen aufgebracht, ebenso wie zwischen aufeinander folgenden Kernringen, und dieses Bindemittel wird ausgehärtet, wobei die Kernringe und die Umhüllung im Wesentlichen zu einer Hälfte des herzustellenden Kerns miteinander befestigt sind. Die spezielle Herstellung jeweils einer Kernhälfte gleichzeitig hat sich herausgestellt, wirksam zu sein, und ermöglicht eine hohe Herstellungsgenauigkeit.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine solche Hälfte gebildet werden, indem die folgenden aufeinander folgenden Schritte ausgeführt werden: ein Kernring wird auf einem ebenen bzw. glatten Träger angeordnet, ein Umhüllungsteil wird axial in den Kernring eingesetzt, bis zu einer Position, die durch Distanzabschnitte getragen bzw. unterstützt wird, um das Umhüllungsteil in einer Entfernung oberhalb des Trägers zu halten, ein zweiter Kernring wird axial auf das Umhüllungsteil außerhalb davon geschoben, um auf dem ersten Kernring aufzuliegen bzw. daran anzustoßen, wobei dieses Bilden fortgesetzt wird, während darauf geachtet wird, dass jede Verbindung zwischen aufeinander folgenden Kernringen von einem Umhüllungsteil überlappt wird, der sich kontinuierlich an jeder Seite davon erstreckt, und nachfolgende bzw. aufeinander folgende Kernringe und die Umhüllung und die Kernringe danach gleichzeitig miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann eine Kernhälfte mit einer sehr hohen Genauigkeit erhalten werden, d. h. schmale gleichmäßige Zwischenräume werden zwischen aufeinander folgenden Kernringen gebildet, und zwei so gebildete Kernhälften können dann leicht miteinander verbunden werden, indem ein Umhüllungsteil axial in jeweilige Kernhälften eingesetzt wird, in Richtung des Umhüllungsteils, das beim Stapeln auf den Distanzabschnitten gehalten wird, und Aufbringen eines Bindemittels zwischen diesem Umhüllungsteil und den dazu benachbarten Kernringen einer jeweiligen Kernhälfte, die gegeneinander zu liegen kommen, ebenso wie den zwei Kernringen der verschiedenen Kernhälften.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine isolierende Imprägnierflüssigkeit in einem Vakuum-Druck-Imprägnierschritt als ein isolierendes Bindemittel zwischen der Umhüllung und den Kernringen, ebenso wie zwischen aufeinander folgenden Kernringen aufgebracht, zum Aushärten davon zu einer starren Einheit. Auf diese Weise ist es möglich, eine sehr stabile Einheit zu erhalten, ohne jede Gefahr des Auftretens einer Schräge während des Aushärtevorgangs. Außerdem kann diese Imprägnierflüssigkeit zwischen die Wicklungswindungen eindringen und sie fest miteinander verbinden, im Falle, dass die Kernringe mit einem gewundenen dünnen Metallblech hergestellt werden.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden dünne Distanzabschnitte elektrisch isolierenden Materials zwischen aufeinander folgende Kernringe eingesetzt, um einen Zwischenraum dazwischen zu bilden, wobei in diesem Zwischenraum ein Medium eingesetzt wird, das die Kernringe nach dem Aushärten davon miteinander verbindet. Auf diese Weise wird einfach sichergestellt, dass sowohl aufeinander folgende Kernringe durch einen schmalen Zwischenraum voneinander isoliert werden, als auch, dass das Medium, das für die Verbindung der Kernringe miteinander benötigt wird, tatsächlich zwischen die Kernringe eindringen kann.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden dünne Distanzabschnitte elektrisch isolierenden Materials zwischen die Kernringe und die Umhüllung eingesetzt, um einen Zwischenraum dazwischen zu bilden, wobei in diesem Zwischenraum danach ein Medium eingesetzt wird, das die Kernringe und die Umhüllung miteinander verbindet. Die Vorteile dieser Ausführungsform sind die gleichen wie die der vorangehenden Ausführungsform, und besonders vorteilhaft ist es, diese zwei Ausführungsformen miteinander zu kombinieren, und besonders dann, wenn ein vorstehend genannter Vakuum-Druck-Imprägnierschritt für die Verbindung verwendet wird.

Ein röhrenförmiger Kern gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine innere Umhüllung mit im Wesentlichen dem gleichen äußeren Querschnitt wie der innere Querschnitt der Kernringe umfasst, und dass die Umhüllung und die Kernringe ebenso wie aufeinander folgende Kernringe zu einer wandartigen Konstruktion miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungen zwischen jeweiligen Kernringen in axialer Richtung durch einen sich kontinuierlich erstreckenden Teil der Umhüllung in dieser Richtung auf jeder Seite der jeweiligen Verbindung überlappt werden. Die Vorteile bei einem solchen Kern werden zu gegebener Zeit aus der Erläuterung der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ersichtlich.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Merkmale bzw. Eigenschaften der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den anderen abhängigen Ansprüchen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Mit Bezug auf die angefügte Zeichnung folgt nachfolgend eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die als ein Beispiel angeführt wird. In der Zeichnung ist:

1 eine vereinfachte, teilgeschnittene Ansicht, die den allgemeinen Aufbau eines steuerbaren Induktors darstellt;

2 eine vereinfachte, teilgeschnittene Ansicht, die darstellt, wie eine Kernhälfte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut sein kann; und

3 eine vereinfachte, teilgeschnittene Ansicht eines röhrenförmigen Kerns gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

Die allgemeine Konstruktion eines steuerbaren Induktors, in dem ein röhrenförmiger Kern gemäß der Erfindung verwendet werden soll, ist in 1 dargestellt. Dieser steuerbare Induktor weist die folgende allgemeine Konstruktion auf. Er weist eine Hauptwicklung 1 auf, die mit einem Hochspannungsnetz verbunden werden soll, und diese Hauptwicklung ist in Schichten bzw. Lagen gewickelt bzw. gewunden in einer Entfernung außerhalb eines Zylinders 2 elektrisch isolierenden Materials. Die Hauptwicklung 1 weist ein Ende 3 auf, das sich auf demselben Spannungspotenzial befindet wie das Hochspannungsnetz, wobei diese Spannung in Richtung des gegenüberliegenden niedrigeren Endes 4 in 2 abnimmt, wobei sich das Ende 4 auf Massepotenzial befindet. Ein Zylinder 5 elektrisch isolierenden Materials ist innerhalb angeordnet und verläuft koaxial zu dem Zylinder 2. In dem durch den Zylinder 5 definierten Raum ist ein Kern 6 angeordnet, und verläuft koxial gegen denselben, wobei die Konstruktion und das Verfahren zur Herstellung des Kerns Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind, wobei der Kern an seinen Enden eine teilweise konische Form aufweist, wobei diese Form dazu vorgesehen ist, die Wirbelstromverluste zu reduzieren, die durch den wechselnden longitudinalen magnetischen Fluß verursacht werden, der in dem Kern aufgrund der Wechsel-Hochspannung in der Hauptwicklung 5 erzeugt wird. Dieses Phänomen wird in der WO 94/11891 des Anmelders beschrieben. Die Steuerwicklung 7 kann mit einer Gleichstromquelle verbunden werden, um einen Gleichstrom dadurch zu übertragen, der einen quer verlaufenden magnetischen Fluß tangential gegen den Hauptfluß in dem Kern erzeugt, und auf diese Weise seine Permeabilität für den longitudinalen magnetischen Fluß von der Hauptwicklung verringert, während die Hystereverluste in dem Kern fast beseitigt werden. Es wäre jedoch in einigen Fällen ebenso möglich, einen Wechselstrom als Steuerstrom zu verwenden. Durch Erhöhen der Steuerspannung ist es möglich, die Permeabilität des Kerns zu verringern, und dadurch die Induktivität des Induktors zu verringern. Eine niedrigere Permeabilität des Kerns ermöglicht ebenfalls eine größere Speicherkapazität von Energie pro Einheitsvolumen in dem Kern, so dass der Induktor kompakter gestaltet werden kann.

Die Konstruktion des Kerns und das Verfahren zum Herstellen des Kerns werden jetzt mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. Der Kern ist aufgebaut aus einer Anzahl von Kernringen 8, die wiederum gebildet werden, indem eine Anzahl von Windungen eines Metallblechs eng außerhalb voneinander gewickelt worden ist, wobei das Metallblech mit einer dünnen elektrisch isolierenden Schicht aufgebracht worden ist, und bevorzugt aus Eisen besteht, so genanntem Elektroblech. Diese Konstruktion ist in dem vergrößerten Ring 9 in 2 sehr schematisch dargestellt. In der Praxis könnten einige hundert Wicklungs-Windungen für einen Kernring vorhanden sein. Die meisten Kernringe, außer vielleicht der Kernring 8', der der Mitte des Kerns am nächsten liegt, haben eine etwas konisch zulaufende Form in ihrer axialen Richtung, wie in Richtung seines eigenen Endes gesehen, um dem fertiggestellten Kern eine im Wesentlichen teilkonische äußere Form zu geben, der eine im Wesentlichen zylindrische innere Form aufweist. Um dies zu erreichen, kann das Blech in Verbindung mit dem Wickeln bzw. der Wicklung in einem Paar von Rollenscheren geschnitten werden, das schräg quer über das Blech gerichtet ist, so dass die Breite des Blechs sukzessiv abnimmt. Die Weise, in der dies ausgeführt wird, ist in dem vergrößerten Ring 9 sehr schematisch dargestellt. Es ist von äußerster Wichtigkeit, dass die aufeinander folgenden Wicklungs-Windungen voneinander isoliert sind, so dass der jeweilige Kernring aus mehreren dünnen Lagen aufgebaut ist. Dies beruht darauf, dass der Leistungsverlust pro Einheitsvolumen durch einen magnetischen Fluß, der durch ein Metallobjekt hindurchgeht, dem Quadrat der Dicke des Objekts quer zu der Flußrichtung proportional ist, was es wichtig macht, eine Vielzahl von Blechen zu verwenden, die voneinander auf diese Weise isoliert sind. Das Aufteilen des Kerns in eine Anzahl von Kernringen hat ebenso die Aufgabe, die möglichen Pfade, auf denen Wirbelströme, die aufgrund der radialen Komponente des magnetischen Flusses erzeugt werden, in den Kern gelangen können, zu verringern, und dadurch den erhaltenen Leistungsverlust aufgrund des Wirbelstroms zu verringern. Ein anderer Vorteil des Aufteilens des Kerns in mehrere Ringe ist, dass diese Ringe dadurch manuell gehandhabt werden können und dass keine Notwendigkeit für teure Wicklungs- und Hebeausrüstung für diesen Zweck besteht.

Das Verfahren zum Herstellen des Kerns wird auf die folgende Weise stattfinden. Nachdem er gewickelt worden ist, wird ein erster Kernring 8' auf einen Träger 10 platziert, der von einer Palette bzw. Stapelplatte 12, versehen mit einer Hebestange 11, bereitgestellt wird. Danach werden Distanzabschnitte 13, versehen mit Trennmitteln, zum Beispiel mit Teflon gekapselter Stahl, auf dem Träger 10 der Palette und auf einem ersten Umhüllungsteil 14 verteilt, wobei das Umhüllungsteil ebenso durch mehrere Windungen eines dünnen Metallblechs, außerhalb voneinander gewickelt, gebildet wird, wobei auf dem Blech eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht wird, und es axial zu einer Position in den Kernring 8' auf den Distanzabschnitten 13 geführt wird. Das Umhüllungsteil 14 ist deutlich dünner als die Kernringe und kann typischerweise durch etwa 20 Wicklungs-Windungen von Blech gebildet werden. Die äußere Form des Umhüllungsteils 14 stimmt im Wesentlichen mit der inneren Form der Kernringe 8 überein. Einige dünne Distanzabschnitte eines elektrisch isolierenden Materials, nicht in der Zeichnung gezeigt, sind bevorzugterweise umfänglich einheitlich und zwischen dem Kernring und dem Umhüllungsabschnitt eingefügt, um ein Einfügen einer Imprägnierflüssigkeit oder eines anderen Bindemittels dazwischen in einem späteren Schritt des Verfährens zu gestatten, aber es ist ebenso möglich, dass eine Verbindung des Kernrings mit dem Umhüllungsteil durch Erhitzen oder Verfestigen einer möglichen Kleberschicht oder Ähnlichem stattfindet, mit dem die Teile versehen sind.

Danach werden dünne Distanzabschnitte elektrisch isolierenden Materials auf dem unteren Kernring 8' angeordnet, wobei das Material in dem vorliegenden Fall so genannte Nomex-Streifen mit einer Dicke von beispielsweise 0,1 mm sind, und ein zweiter Kernring 8'' wird außerhalb des ersten Umhüllungsteils 14 angeordnet, um auf den Distanzabschnitten auf dem ersten Kernring 8' aufzuliegen, während ein sehr dünner und umgebender und radial einheitlicher Zwischenraum zwischen den Kernringen gebildet wird. Wenn dies stattgefunden hat, wird ein dritter Kernring 8''' entsprechend aufgebracht, und dünne Distanzabschnitte können möglicherweise zwischen den Kernringen und dem Umhüllungsteil 14 eingesetzt werden. Danach werden dünne Distanzabschnitte, wie die erwähnten Nomex-Streifen, auf der oberen Kante des ersten Umhüllungsteils 14 angeordet, und das zweite Umhüllungsteil 15, entsprechend durch ein gewickeltes Metallblech hergestellt, wird auf dem ersten Teil platziert. Auf diese Weise wird das Bilden mit Kernringen und Umhüllungsteilen fortgesetzt, und während der ganzen Zeit wird dafür Sorge getragen, dass eine Verbindung 16 zwischen zwei aufeinander folgenden Kernringen in axialer Richtung durch einen Teil der Umhüllung überlappt wird, der sich in dieser Richtung kontinuierlich auf jeder Seite der Verbindung erstreckt. Im vorliegenden Fall überlappt jedes Umhüllungsteil solche Verbindungen, außer dem dritten Umhüllungsteil 17, das an einem Ende angeordnet ist, aber in der Praxis ist es möglich, jede Kombination zu verwenden. Zum Beispiel könnte jedes Umhüllungsteil nur eine Verbindung überlappen, oder mehr als zwei Verbindungen, und es wäre theoretisch ebenso möglich, dass die Kernringe eine längere -axiale Erstreckung als die Umhüllungsteile aufweisen. Die innere Umhüllung 18, die durch die Umhüllungsteile gebildet wird, könnten ebenso Umhüllungsteile mit einer in axialer Richtung sehr stark variierenden Erstreckung aufweisen. Der dritte Umhüllungsteil 17 wird auf eine Weise gebildet, so dass der letzte Kernring auf dem gleiche Niveau endet bzw. abschließt.

Wenn eine Kernhälfte 20 auf diese Weise fertiggestellt worden ist, wird die Palette 12 in einen Ofen für Vakuum-Druck-Imprägnierung unter einer gesteigerten bzw. erhöhten Temperatur gehoben, und Imprägnierflüssigkeit dringt in die Zwischenräume zwischen aufeinander folgenden Kernringen an den Verbindungen 16 ein und bevorzugt ebenso zwischen die Umhüllungsteile und die Kernringe und ebenso zu einem gewissen Umfang zwischen die Wicklungs-Windungen, die durch die Umhüllungsteile und die Kernringe gebildet werden. Dadurch werden die Umhüllungsteile und die Kernringe einander wirksam an definierten, gewünschten Stellen ohne irgendwelche Spannungen halten, und die Kernhälfte, die aus dem Kühlen und dem Aushärten hervorgeht, wird kleine und einheitliche Entfernungen zwischen aufeinander folgenden Kernringen aufweisen. Diese Kernringe werden daher zu einer starren Form zuerst in Verbindung mit der Verbindung dieser Kernringe mit anderen Kernhälften und Umhüllungsteilen zu einer starren Kernhälfte ausgehärtet. Die wandartige Konstruktion, die durch die Verbindung der Kernringe erhalten wird, führt zu einer sehr stabilen Form der resultierenden Kernhälfte, wobei eine Verbindung sowohl direkt mit einem benachbarten Kernring als auch indirekt durch die gemeinsame Verbindung mit der inneren Umhüllung stattfindet, wobei die stabile Form die Handhabung und den Transport des später fertiggestellten Kerns erleichtert.

Wenn zwei starre Kernhälften auf diese Weise gebildet werden, wird ein zentrales Umhüllungsteil 19 in eine der Kernhälften geführt, und mit bei Raumtemperatur aushärtendem Kleber an den fraglichen Kernring 8' und den benachbarten ersten Umhüllungsteil 14 geklebt. Der zentrale Umhüllungsteil 19 hat eine axiale Länge, die im Wesentlichen mit dem zweifachen der Länge der Distanzabschnitte 13 übereinstimmt. Danach werden die zwei Kernhälften aneinander angedockt, indem der zentrale Umhüllungsteil 19, der in einer der Kernhälften befestigt ist, in die andere Kernhälfte eingeführt wird, und das Verbinden findet mit einem bei Raumtemperatur aushärtendem Kleber statt. Nach dem Aushärten ist der Kern fertiggestellt. Für einen Fall mit typischen Abmessungen weist ein Kernring 8' eine Dicke von 65 mm, eine Höhe von 100 mm und einen inneren Durchmesser von 550 mm auf, wobei der Kern mit einem Blech mit einer Dicke von 0,23 Millimetern gewickelt ist. Die Umhüllungsteile können einen Dicke von 10 mm, und der Kern eine Länge von 1200 mm aufweisen.

Für das Aufbringen der Steuerwicklungsspulen an deren vorgesehenen Stellen, wobei ein Teil im Wesentlichen axial durch den Kern geht, kann ein Teil des Kerns mittels Wasserschneiden abgeschnitten werden, so dass der Kern eine Öffnung von einem der Enden bis zu dem anderen Ende erhält, wobei die Öffnung axial verläuft, zum Einsetzen der Steuerwicklungsspulen dadurch. Solch ein Wasserschneiden kann einen Kurzschluss der Bleche bewirken, die der Kern umfasst, durch das Metall, das an der Schnittkante (cutting stand) ausfließt, aber dies kann durch Ätzen der Oberfläche behoben werden, so dass der Kontakt zwischen den Blechen beseitigt wird, bevor das weggeschnittene Kernstück mit einem geeigneten Bindemittel wieder in Stellung gebracht wird.

Durch die vollständig neue Weise der Verwendung einer inneren Umhüllung zum Bilden eines Kerns für einen steuerbaren Induktor kann das Aushärten der verschiedenen Kernringe zuerst bei dem Verbinden davon zu einer starren Einheit stattfinden, während dünne und einheitliche Zwischenräume zwischen benachbarten Kernringen erhalten werden, so dass die lokal schrägen Richtungen des Flusses mit einem erhöhten Leistungsverlust an diesen Zwischenräumen vermieden werden können. Die Umhüllung wird dadurch ebenso als ein integrierter Teil des Kerns selbst arbeiten, und die Umhüllung ist bevorzugt in mehrere axial aufeinander folgende Teile aufgeteilt, die voneinander isoliert sind, um die Wirbelstromverluste darin zu beschränken. Daneben wird der Kern dank der wandartigen Konstruktion sehr stabil, die durch die Verwendung einer Umhüllung erhalten wird, die sich kontinuierlich über die Verbindungen zwischen aufeinander folgenden Kernringen hinaus erstreckt.

Die Erfindung ist natürlich in keiner Weise auf die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt, sondern eine Anzahl von Möglichkeiten zu Abänderungen davon sollte einem Fachmann ersichtlich sein, ohne dass der Schutzumfang der Erfindung verlassen wird, wie er in den angefügten Ansprüchen offenbart ist.

Mit der Definition "aufeinander gestapelt" in den Ansprüchen ist beabsichtigt, ebenso Stapeln in dem Sinne zu umfassen, dass etwas neben etwas anderem angeordnet wird, während es als äquivalent angesehen werden sollte, Kernringe und Umhüllungsringe aufeinander anzuordnen, und die Gravitation mit möglichen Distanzabschnitten zusammenwirken zu lassen, anstatt sie von der Seite aneinander zu drücken, und sie durch eine Spannvorrichtung oder ähnliches gegen die Distanzstücke zu halten. Trotzdem sollte es in den meisten Fällen am vorteilhaftesten sein, die Gravitation für diesen Zweck zu verwenden.

Mit der Definition "Bindemittel" in den Ansprüchen ist neben herkömmlichen Bindemitteln ebenso beabsichtigt, etwas ohne irgendeine adhäsive Wirkung zu umfassen, das aber etwas dadurch verbinden kann, dass es zum Schmelzen und danach zum Verfestigen gebracht wird.

Es wäre natürlich möglich, den gesamten Kern auf einmal aufzubauen, bevor die verschiedenen Teile starr miteinander verbunden werden, und es wäre ebenso möglich, nur einen oder wenige Umhüllungsteile gleichzeitig mit einem oder mehreren Kernringen zu verbinden, solange dafür Sorge getragen wird, dass die Verbindungen zwischen aufeinander folgenden Kernringen in axialer Richtung von einem sich in dieser Richtung kontinuierlich auf jeder Seite der Verbindung erstreckenden Umhüllungsteil überlappt werden.

Es sollte natürlich nicht als Abweichen von dem Schutzumfang der Erfindung angesehen werden, wenn die Überlapp-Kriterien für alle Verbindungen erfüllt sein sollten, anstatt für eine einzelne Verbindung oder wenige Verbindungen, die an einer Stelle auf dem Kern angeordnet sind, wo es möglicherweise erlaubt sein könnte, während die Erfordernisse für Stabilität und Temperatureffizienzverringerung bedacht bzw. betrachtet werden.

Die Umhüllung kann aus einem einzelnen Umhüllungsteil aufgebaut sein.

Wie in dem unabhängigen Verfahrensanspruch angezeigt, ist es möglich, einen Kern gemäß der Erfindung herzustellen, ohne irgendeine Umhüllung zu verwenden. Die Festigkeit bei Transporten und der Handhabung durch einen Kern, die auf diese Weise erhalten wird, kann statt der Verwendung einer Umhüllung dafür während der Kontraktion des Kerns mittels eines Endkreuzes stattfinden. Dieses Verfahren erfordert auch die Verwendung einer Art von Steuerung der Kernringe relativ zueinander, während sie zusammengebracht werden, und möglicherweise ebenso während dem Aushärten selbst.


Anspruch[de]
  1. Röhrenförmiger Kern (6) für einen steuerbaren Induktor mit einer Hauptwicklung (1), die den Kern umgibt, und einer Steuerwicklung (7), die im Wesentlichen axial durch den Kern hindurchgeht, wobei der Kern dazu vorgesehen ist, einen magnetischen Fluß von der Hauptwindung zu empfangen, die im Wesentlichen axial hindurch verläuft, und eine Anzahl von Kernringen (8) umfasst, die koaxial aufeinander gestapelt und mit einer starren Einheit verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern ferner eine innere Umhüllung (18) mit im Wesentlichen gleichem äußeren Querschnitt wie die innere Querschnitt der Kernringe umfasst, und dass die Umhüllung und die Kernringe, ebenso wie aufeinander folgende Kernringe, miteinander verbunden sind, wodurch ein wandartiger Aufbau gebildet wird, wobei die Verbindungen (16) zwischen jeweiligen Kernringen in axialer Richtung von einem Teil der Umhüllung überlappt werden, der sich in dieser Richtung kontinuierlich auf jeder Seite der jeweiligen Verbindungsstelle erstreckt.
  2. Kern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (18) durch eine Vielzahl von aufeinander gestapelten Teilen (14, 15, 17, 19) der Umhüllung gebildet wird.
  3. Kern gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (18) durch ein dünnes magnetisches Band gebildet wird, das in Windungen außerhalb voneinander gewickelt ist, und mit einer isolierenden Schicht aufgebracht ist.
  4. Kern gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kernring (8) durch ein dünnes magnetisches Band gebildet wird, das in Windungen außerhalb voneinander gewickelt ist, und mit einer isolierenden Schicht aufgebracht ist.
  5. Kern gemäß irgendeinen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine ausgehärtete, elektrisch isolierende Schicht eines Bindemittels außerhalb der Umhüllung (18) zwischen der Umhüllung und dem jeweiligen Kernring (8) angeordnet ist.
  6. Kern gemäß irgendeinen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine ausgehärtete, elektrisch isolierende Schicht eines Bindemittels in einem Zwischenraum zwischen aufeinander folgend gestapelten Kernringen (8, 8', 8'', 8''') angeordnet ist.
  7. Kern gemäß Anspruch 2, und irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine ausgehärtete, elektrisch isolierende Schicht eines Bindemittels in dem Zwischenraum zwischen aufeinander folgend gestapelten Teilen (14, 15, 17, 19) der Umhüllung angeordnet ist.
  8. Kern gemäß irgendeinen der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel eine ausgehärtete Imprägnierflüssigkeit ist, die unter einer Vakuum-Druck-Imprägnierung aufgebracht ist.
  9. Kern gemäß irgendeinen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er durch zwei im Wesentlichen gleiche Hälften (20) gebildet wird, wobei jede an dem Ende, das vorgesehen ist, mit der anderen Hälfte zusammengeschoben zu werden, mit einem Kernring (8') endet, der axial über den Umhüllungsteil (14) vorragt, der dort angeordnet ist, und einen zentralen Umhüllungsteil (19), der zur Hälfte in jede dieser beiden Hälften eingesetzt ist, wobei der Umhüllungsteil (19) mit dem fraglichen End-Kernring (8') der zwei Hälften verbunden ist, um die Hälften zu einer Einheit miteinander zu verbinden.
  10. Verfahren zur Herstellung eines röhrenförmigen Kerns (6) für einen steuerbaren Induktor mit einer Hauptwicklung (1), die den Kern umgibt, und einer Steuerwicklung (7), die im Wesentlichen axial durch den Kern hindurchgeht, wobei der Kern dazu vorgesehen ist, einen magnetischen Fluß von der Hauptwindung zu empfangen, die im Wesentlichen axial hindurch verläuft, und durch eine Anzahl von Kernringen (8) gebildet, die koaxial gestapelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass nicht ausgehärtete Kernringe, die eine feste Form haben, aufeinander folgend gegeneinander angeordnet werden, und in
  11. Bezug auf innere und äußere Oberflächen benachbarter Ringe miteinander ausgerichtet sind, und dass danach aufeinander folgende Kernringe (8) zu einem starren Aufbau miteinander verbunden werden, während die Kernringe zu einer starren Form ausgehärtet werden.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht ausgehärteten Kernringe gegeneinander angeordnet werden, indem sie aufeinander angeordnet werden.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht ausgehärteten Kernringe, die eine feste Form haben, auf der Außenseite einer inneren Umhüllung (18) mit einer im Wesentlichen äußeren Querschnittsform wie die innere Querschnittsform der Kerne in einer solchen Weise aufgefädelt bzw. aufgeschraubt werden, dass die Verbindungen (16) zwischen aufeinander folgenden Kernringen in axialer Richtung von einem Teil der Umhüllung überlappt werden, der sich in dieser Richtung kontinuierlich auf jeder Seite der fraglichen Verbindungsstelle erstreckt, und dass danach aufeinander folgende Kernringe (8) und die Kernringe und die Umhüllung (18) zu einer starren wandartigen (walled) Konstruktion miteinander verbunden werden, während die Kernringe zu einer starren Form ausgehärtet werden.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei im Wesentlichen gleiche Kernhälften (20) durch Verbindung auf diese Weise gebildet werden, dass die Verbindung dadurch erhalten wird, so dass der End-Kernring (8') jeder Kernhälfte, die vorgesehen ist, gegen einen entsprechenden End-Kernring einer gegenüberliegenden Kernhälfte gedrückt zu werden, dazu gebracht wird, in einer axialen Richtung an dem fraglichen Ende weiter vorzuragen als es die Umhüllung an diesem Ende tut, dass, wenn zwei solche starre Hälften gebildet werden, ein Umhüllungsteil (19) in den End-Kernring von einer der Kernhälften eingesetzt wird, und danach die zweite Kernhälfte mit der ersten Kernhälfte zusammengesetzt wird, während dieser Umhüllungsteil (19) darin eingesetzt wird, und so, dass die zwei End-Kernringe im Wesentlichen aneinander stoßen, und dass die zwei Kernhälften miteinander verbunden werden, wobei eine starre Einheit gebildet wird, indem der Umhüllungsteil mit dem End-Kernring der jeweiligen Kernhälfte und die End-Kernringe jeweiliger Kernhälften miteinander verbunden werden.
  15. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden auf der Oberfläche durch ein Bindemittel im Wesentlichen über die gesamten fraglichen benachbarten Oberflächen der Kernringe (8) stattfindet.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel auf benachbarten Oberflächen der Kernringe (8) und der Umhüllung (18) für das Verbinden aufgebracht wird.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Umhüllungsteil (19) starr mit dem End-Kernring (8') einer der Kernhälften verbunden wird, bevor die beiden Kernhälften durch das Einsetzen in die zweite Kernhälfte zusammengebracht werden.
  18. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernringe (8) hergestellt werden, indem ein magnetisches Band in mehreren Windungen aufeinander gewickelt wird, wobei das Band mit einer isolierenden Schicht aufgebracht wird.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei der Kern (6) eine äußere und innere zylindrische Form aufweist, die konisch gegen zwei äußere Enden abgeschrägt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernringe (8), die eine im Wesentlichen konische Form aufweisen, hergestellt werden, indem das magnetische Band in Verbindung mit dem Wickeln schräg quer über die Wicklungsrichtung geschnitten wird, so dass die Breite des Bandes sukzessiv abnimmt.
  20. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch isolierendes Bindemittel als das Bindemittel aufgebracht wird.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 12 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Bindemittel mit mindestens zwei Kernringen und einem Umhüllungsteil (14, 15, 17), das die Verbindungen (16) zwischen den Kernringen überlappt, gleichzeitig ausgehärtet wird.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Band, aus dem die Kernringe (8) gewickelt sind, mit einer nicht ausgehärteten Bindemittel-Schicht aufgebracht wird, die nach einer nachfolgenden Aufbringung der Kernringe aufeinander, aufeinander folgend gegeneinander, zum Aushärten der Kernringe zu einer starren Form, ausgehärtet wird.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten ausgeführt wird, wobei die Kernringe (8) und Umhüllungen (14, 15, 17) im Wesentlichen zu bzw. mit einer Hälfte des herzustellenden Kerns verbunden sind.
  24. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine isolierende Imprägnierflüssigkeit in einem Vakuum-Druck-Imprägnierschritt als ein isolierendes Bindemittel eingefügt wird.
  25. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 12 und irgendeinem der Ansprüche 13 bis 22, gekennzeichnet durch die folgenden aufeinander folgenden Schritte: ein Kernring (8') wird auf einem ebenen bzw. glatten Träger (10) angeordnet, ein Umhüllungsteil (14) wird axial in den Kernring eingesetzt, in einer Position, die durch Distanzabschnitte getragen wird, um das Umhüllungsteil in einer Entfernung oberhalb des Trägers zu halten, ein zweiter Kernring (8'') wird axial auf das Umhüllungsteil außerhalb davon geschoben, um auf der Oberseite des ersten Kernrings aufzuliegen bzw. daran anzustoßen, wobei dieses Bilden fortgesetzt wird, während darauf geachtet wird, dass jede Verbindungsstelle (16) zwischen aufeinander folgenden Kernringen von einem Umhüllungsteil überlappt wird, der sich kontinuierlich an jeder Seite davon erstreckt, und nachfolgende bzw. aufeinander folgende Kernringe und die Umhüllung und die Kernringe danach zur gleichen Zeit miteinander verbunden werden.
  26. Verfahren gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Stapeln von Kernringen (8) beendet wird, so dass das freie Ende des letzten Kernrings auf im Wesentlichen dem gleichen Niveau wie das freie Ende der Umhüllung angeordnet sein wird.
  27. Verfahren gemäß Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Umhüllungsteil (14, 15) dazu gebracht wird, zwei aufeinander folgende Verbindungen zwischen aufeinander folgenden Kernringen (8) zu überlappen, abgesehen von dem Bereich an dem äußeren Ende des Kerns.
  28. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei Raumtemperatur aushärtender Kleber zwischen dem Umhüllungsteil (19) und den zwei End-Kernringen (8') sowie zwischen den zwei End-Kernringen für starre Verbindung der zwei Kernhälften (20) miteinander aufgebracht wird.
  29. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 10 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass dünne Distanzabschnitte elektrisch isolierenden Materials zwischen aufeinander folgenden Kernringen (8, 8', 8'', 8''') eingefügt werden, um einen Zwischenraum dazwischen zu bilden, wobei in dem Zwischenraum ein Medium, dass die Kernringe nach dem Aushärten davon miteinander verbindet, eingefügt wird.
  30. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 12 und irgendeinem der Ansprüche 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass dünne Distanzabschnitte elektrisch isolierenden Materials zwischen den Kernringen und der Umhüllung eingesetzt werden, um einen Zwischenraum dazwischen zu bilden, wobei in diesem Zwischenraum danach ein Medium, das die Kernringe und die Umhüllung miteinander verbindet, eingefügt wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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