DE3690625C2 - Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit aus einem magnetischen Kern aus amorphem Metall und einer Spulenstruktur für einen elektrischen Transformator und elektrischer Transformator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit aus einem Kern aus amorphem Metall und einer Spulenstruktur für einen elektrischen Transformator und einen elektrischen Transformator und ins­ besondere einen solchen Transformator mit einem Kern aus amorphem Metall.

Üblicherweise wurden Kerne elektrischer Transfor­ matoren aus stark korn-orientierten, siliziumhaltigen Stahlblechen hergestellt. So beschreibt die DE-OS 21 37 946 einen lamellierten Magnetkreis mit mindestens 3 Schenkeln, von denen mindestens einer zur Aufnahme einer Wicklung bestimmt ist. Der Magnetkreis geht von 2 Einzelkreisen aus, die im Bereich der Ecken getrennt sind, um den Einbau einer Wicklung zu ermöglichen. Danach werden die Magnetkreise im Bereich der Trennstellen mit einem Überzug, z. B. aus Epoxyharz, versehen.

Bei dem in der US-PS 4,024,486 beschriebenen Transformatorkern, dessen Lamellen auf Stoß miteinander verbunden sind, ist der Kern nach dem Zusammenbau mit der Spule mit einer Verriegelungswicklung zusammengehalten.

Im Laufe der Jahre wurden merkliche Verbesserungen in solchen Elektrostählen vor­ genommen, um Verringerungen in der Transformatorkern­ größe, den Herstellungskosten und den Verlusten zu er­ halten, die durch den Transformatorkern in ein elektri­ sches Verteilungssystem eingeführt werden. Da die Ko­ sten elektrischer Energie weiter steigen, haben sich Verringerungen im Kernverlust als zunehmend wichtig bei dem Entwurf aller Größen elektrischer Transformatoren erwiesen. Aus diesem Grunde werden amorphe ferromagne­ tische Materialien als Transformatorkernmaterialien be­ nutzt, um eine starke Verminderung der Betriebsverluste beim Transformatorkern zu erzielen (vergl. US-PS 4,364,020). Bei diesem bekannten Kern sind die Lamellengruppen jedoch auf Stoß verbunden, und jede Lamellengruppe benötigt ein schützendes Blech.

Amorphe Metalle sind prinzipiell durch eine Abwe­ senheit einer sich periodisch wiederholenden Struktur auf dem Atomniveau charakterisiert, d. h. durch die Ab­ wesenheit des Kristallgitters, das den kristallinen Me­ tallteilen das charakteristische Gepräge gibt. Die nichtkristalline, amorphe Struktur wird durch rasches Abkühlen einer geschmolzenen Legierung geeigneter Zu­ sammensetzung erhalten, wie sie z. B. der US-PS 38 56 513 beschrieben ist. Aufgrund des raschen Abkühlens bildet die Legierung keinen kri­ stallinen Zustand, sondern nimmt eine metastabile, nichtkristalline Struktur an, die repräsentativ für die flüssige Phase ist, aus der sie sich gebildet hat. Auf­ grund der Abwesenheit der kristallinen Atomstruktur werden amorphe Legierungen häufig als "glasartige" Le­ gierungen bezeichnet.

Aufgrund der Art des Herstellungsverfahrens ist ein amorpher ferromagnetischer Streifen, der zum Wickeln eines Verteilungstransformatorkerns geeignet ist, z. B. außerordentlich dünn, nominell etwa 0,025 mm, verglichen mit 0,175 bis 0,3 mm für korn-orientierten Siliziumstahl. Darüberhinaus sind solche amorphen fer­ romagnetischen Streifen recht spröde und brechen daher leicht. Folglich ergeben sich bei der Herstellung ge­ wickelter Kerne aus amorphem Metall einzigartige Pro­ bleme der Handhabung der sehr dünnen Streifen während der verschiedenen Herstellungsstufen des Wickelns des Kernes, des Schneidens und des Wiederanordnens der Kernbleche zu einem gewünschten Verbindungsmuster, des Formens und Glühens des Kernes und schließlich des Hin­ durchführen des Kernes durch das Fenster einer vorge­ formten Transformatorspule, was erst ein Öffnen und das nachfolgende Wiederschließen der Verbindungsstellen im Kern einschließt. Von besonderer Bedeutung ist die Ein­ führungsstufe, die mit großer Sorgfalt ausgeführt wer­ den muß, um ein permanentes Deformieren des Kernes aus seiner geglühten Konfiguration zu vermeiden, nachdem der Kern in das Spulenfenster eingeführt worden ist. D.h., wenn der Kern nicht genau in seine geglühte Ge­ stalt zurückgeführt wird, werden während des Einführens mechanische Spannungen eingeführt. Bleiben nach dem Einführen deut­ liche Spannungen zurück, dann wird die Eigen­ schaft geringen Kernverlustes, die durch das Kernmate­ rial aus amorphem Metall geboten wird, nicht erreicht.

Da die Bleche aus amorphem Metall recht schwach sind und wenig Elastizität aufweisen, werden sie während des Einführens leicht desorientiert, was zu einer permanen­ ten Kernverformung führt, wenn sie nicht korrigiert wird. Zusätzlich hierzu muß das Einführen mit genügen­ der Sorgfalt ausgeführt werden muß, um ein Brechen der spröden Bleche aus amorphem Metall zu vermeiden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, eine verbesserte Baueinheit aus einem gewickelten Transformatorkern aus amorphem Metall und einer Spulen­ struktur zu schaffen, bei dem die Eigenschaft geringen Kernverlustes während der Herstellung des Transformators beibehalten wird und der wirksam ist, wirtschaftlich in der Herstellung und zuverlässig über eine lange Gebrauchsdauer.

Eine andere Aufgabe ist die Schaffung eines ver­ besserten Verfahrens zum Herstellen einer Baueinheit aus Transformatorkern und Spulenstruktur der obengenannten Art, bei dem die Bleche aus amorphem Metall während des Einfüh­ rens beim Zusammenbau des Kerns mit eines Wicklungsspule an einer Entorientierung gehindert sind und die Bleche aus amorphem Metall während der Herstellung des Transformators gegen Bruch geschützt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 1 bzw. 9 definiert.

Der elektrische Transformator gemäß der vorlie­ genden Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 13.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Transfor­ mators sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert, in de­ nen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, die das Schneiden einer Ringform zur Schaffung eines Stapels von Blechen zur Verwendung im Transformator der Erfindung zeigt;

Fig. 1A eine perspektivische Ansicht eines gewickelten Transformatorkernes aus amorphem Metall, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und in seiner Zwischen-Ringkonfiguration vor dem Ver­ formen gezeigt ist;

Fig. 1B eine vergrößerte Ansicht einiger verteilter Spaltverbindungen, die in dem Kern nach Fig. 1A gebildet sind;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Kerns nach Fig. 1A in einer geformten rechteckigen Konfiguration;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Kerns nach Fig. 2 in geöffneter Form vor dem Anordnen um ein Paar von Transformatorspulen;

Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise wegge­ brochen, die das Eintauchen der geöffneten Enden des Kernes der Fig. 3 in Öl zeigt, um das Schließen des Kernes zu erleichtern;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Kernes nach Fig. 3, die ihn um ein Paar von Transformatorspulen geschlossen zeigt;

Fig. 6 eine Baueinheit, die die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Baueinheit aus Kern und Spule eines Manteltransformator zeigt, und

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Baueinheit aus Transformatorkern und Spule, bei der der Kern als ein Paar eingehüllter Kerneinheiten gebildet ist.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Bezugs­ zeichen für entsprechende Teile benutzt worden.

In Fig. 1 ist eine Ringform 4 gezeigt, aus der der Transformatorkern für den Transformator der vorliegenden Erfindung herge­ stellt ist. Diese Ringform 4 wird hergestellt durch Wickeln eines Streifens aus amorphem ferromagnetischem Material um einen (nicht dargestellten) Dorn. Ein ge­ eignetes amorphes Streifenmaterial wird von der Allied Corporation, Morristown, New Jersey vertrieben. Nach dem Wickeln ordnet man die Ringform 4 auf einem stationären Träger 5 an, der sich durch sein Fenster erstreckt und dann schneidet man die Form längs einer einzelnen Radiallinie 6 mittels einer dünnen rotierenden Schleifscheibe 7. Man läßt die er­ haltenen Bleche in einen Stapel von jeweils aus einer Wicklung bestehenden Blechen fallen, wie gestrichelt bei 8 dargestellt.

Vom Oberteil des Stapels 8 aus werden die Bleche dann in Unterstapeln, von denen jeder zwischen 10 und 20 ausgerichteten Blechen enthält, in einen geeigneten (nicht dargestellten) Gurt-Nestbildner eingeführt. Der Gurt-Nestbildner kann von der allgemei­ nen Art sein, wie er bei 50 in der US-PS 44 13 406, Ballard et al, oder bei 60 bis 66 in der US-PS 44 67 632 dargestellt ist, wobei geeignete Modifi­ kationen vorgenommen werden können, um der Tatsache ge­ recht zu werden, daß die Bleche aus amorphem Metall be­ stehen. Da der Gurt-Nestbildner nicht Teil der vorlie­ genden Erfindung ist, wurde er nicht in der Zeichnung dargestellt und in der vorliegenden Anmeldung auch nicht detailliert beschrieben. Der Gurt-Nestbildner formt einen neuen Ring, wie er bei 10 in Fig. 1A ge­ zeigt ist, der in seinem Bereich 17 sogenannte verteilte Überlappungsverbindungen aufweist. In einer Form der vorliegenden Erfindung werden diese verteilten Überlappungsverbindungen dadurch ge­ bildet, daß man die gegenüberliegenden Enden jedes Un­ terstapels von Blechen, der in den Gurt-Nestbildner eingeführt ist, einander um ein geringes Stück überlap­ pen läßt, um eine Überlappungsverbindung 16 zu bilden, wobei man veranlaßt, daß aufeinanderfolgende oder radi­ al benachbarte Überlappungsverbindungen 16 winkelmäßig zueinander versetzt sind.

Jede Überlappungsverbindung kann als eine Stufe und eine Reihe von Überlappungsverbindungen als eine Reihe von Stufen gedacht werden. Nachdem eine Reihe von Überlappungsverbindungen, die einen vorbestimmten Bogen abdecken, gebildet worden ist, beginnt der Gurt-Nest­ bildner mit der nächsten Stufe an der gleichen Winkel­ position wie der ersten Stufe und bildet eine weitere Reihe von Stufen über allgemein den gleichen Winkel wie die erste Reihe, wobei diese Reihenfolge wieder und wieder wiederholt wird, bis alle Bleche in den neuen Ring 10 eingearbeitet sind. Diese Überlappungsverbin­ dungen oder Stufen sind alle in einem lokalisierten Verbindungsbereich des Kerns 10 angeordnet, der allge­ mein mit 17 bezeichnet ist.

Eine vergrößerte Ansicht einer solchen Reihe 14 von Verbindungen ist in Fig. 13 gezeigt. Die Untersta­ pel jeder Reihe von Stufen sind jeweils als 1, 2 und 3 bezeichnet. Die Enden jedes Unterstapels, z. B. 1, kön­ nen als überlappend erkannt werden, und die aufeinan­ derfolgenden Verbindungen, z. B. 1-1, 2-2, 3-3 usw., können als winkelmäßig versetzt oder gestaffelt gesehen werden. Jedes Ende eines Unterstapels, der innerhalb einer Verbindungsstelle 16 angeordnet ist, wird im fol­ genden als Verbindungshälfte bezeichnet und schließt, wie ersichtlich, mehrere, z. B. 10 bis 20, dünne Bleche 12 aus amorphem Metall ein.

Jedes Blech aus dem amorphen Metall ist sehr dünn, nominell hat es nur eine Dicke von etwa 0,025 mm, verglichen mit der üblichen Dicke von 0,175 bis 0,3 mm für übliche Bleche aus Siliziumstahl auf dem Gebiete der Verteilertransformatoren. Demgemäß haben die oben­ genannten Unterstapel nur eine Dicke, die etwa einem oder zwei solcher Bleche aus Siliziumstahl entspricht.

Das Handhaben der Bleche in unterstapeln statt einzeln trägt beträchtlich zur Wirtschaftlichkeit der Herstel­ lung bei. Wenn erwünscht, kann dieser neue Ring 10 durch Nestbildung von Hand hergestellt werden, wobei man die oben beschriebenen Unterstapel benutzt.

Nachdem die Kernbleche 12, wie in Fig. 1A ge­ zeigt, richtig gebogen wurden, biegt man einen ersten Grundstreifen oder eine Teilwicklung 18 zu einem Halb­ kreis und paßt sie in das zylindrische Fenster 20 des Kerns 10 ein. Ein ähnlicher Grundstreifen oder eine Teilwicklung 22 wird in ähnlicher Weise in überlappter Beziehung mit dem Streifen 18 in das Fenster 20 einge­ führt. Diese Grundstreifen, die aus Stahlblech bestehen können, obwohl ihre magnetischen Eigenschaften kein we­ sentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung sind, ha­ ben eine ausreichende Dicke, z. B. 0,25 mm, und Elasti­ zität, um eine mechanische Abstützung für die Kernble­ che 12 zu bieten, die eine geringe Festigkeit aufwei­ sen, dem zusammendrücken des Kernes zu widerstehen. Da die Bleche aus amorphem Metall auch recht spröde sind, dienen diese Grundteilwindungen auch als Schutz gegen Splittern und Zerbrechen während der nachfolgenden Her­ stellungsstufen und im Gebrauch, wie im folgenden noch erläutert wird. Um auch außen eine Abstützung für die Kernbleche 12 zu schaffen, wird eine äußere Verriege­ lungswicklung 24 vorgesehen, die wiederum ein Streifen aus etwa 0,25 mm dickem Kernstahl sein kann, und die den Ring aus dem gebogenen Kern 10 umgibt, wie in Fig. 1A gezeigt. Hinsichtlich einer detaillierteren Be­ schreibung einer solchen äußeren Verriegelungswicklung wird auf die US-PS 40 24 486 Bezug genommen, die von der Anmelderin stammt. Das überlappte Ende der Verriegelungswicklung ist mit einer Nase 24a ausgebildet, die durch einen Verriegelungsschlitz 24b in dem überlappenden Ende ragt und zurückgebogen wird, um die Verriegelungswicklung so um den gebogenen Kern herum festzulegen, daß sie diesen umfaßt.

Nachdem die Ringform 10 nach der Fig. 1A in der oben beschriebenen Weise hergestellt worden ist, wird sie auf zwei (nicht dargestellten) Formelementen angeordnet, die sich durch das Fenster 20 erstrecken. Diese Formelemente werden auseinandergedrückt, um die Form 10 in die in Fig. 2 gezeigte rechteckige Konfigu­ ration umzuwandeln. Vor dieser Umwandlung wird die Grundwicklung 22 der Fig. 1A durch eine nichtüberlap­ pende kürzere Wicklung 22a ersetzt. Die dickeren Grund­ teilwicklungen 18 und 22a wurden während der Umformung in die U-Konfigurationen nach der Fig. 2 umgewandelt. Eine wichtige Funktion dieser Grundwicklungen besteht darin, einen ausreichend großen Biegeradius an den rechtwink­ ligen Ecken 20a des nun rechtwinkligen Kernfensters 20 zu ergeben, an den sich die relativ spröden Bleche 12 aus amorphem Metall anpassen müssen, was die Möglich­ keit des Bruches deutlich verringert. Diese Grundteil­ wicklungen dienen auch als Pufferschichten, die eine Beschädigung insbesondere der innersten Kernblechwick­ lung verhindern, während der Kern mit den Formelementen zum Umformen in Eingriff steht. Die äußere Verriege­ lungswicklung 24, die während des Umformens den Kern 10 umfaßt, dient ebenfalls als Pufferschicht, um die äußersten Kernbleche zu schützen.

Nachdem der Kern in die rechteckige Form der Fig. 2 gebracht worden ist, werden geeignete (nicht dar­ gestellte) Glühplatten an den äußeren Oberflächen des Kerns angebracht, woraufhin man den Kern in einem Mag­ netfeld in einem geeigneten Glühofen glüht. Das Glühen wirkt in bekannter Weise spannungsvermindernd in den aus amorphem Metall bestehenden Blechen, wobei auch die be­ seitigt werden, die während des Schneidens, Biegens und Formens in dem Material entstanden sind. Nach Beendi­ gung des Glühens werden die obengenannten Glühplatten entfernt. Während des Glühens wird der Kern auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, Spannungen in den Blechen aus amorphem Metall zu entfernen, z. B. auf etwa 360°C, doch wird nicht soweit erhitzt, um die äußere Verriegelungswicklung 24 oder die Teilwicklungen 18 und 22a der Grundschicht, die alle aus einem üblichen Kern­ stahl oder ähnlichem bestehen, zu glühen.

Nach dem Glühen des Kernes 10 wird ein Bindemittel als Schicht 26 auf die freien Seitenkanten der Bleche 12 aus amorphem Metall auf beiden Seiten des Kernes aufgebracht (vgl. Fig. 2). Dieses Bindemittel bringt man in flüssiger Form auf, vorzugsweise durch Bürsten, woraufhin es trocknet und einen elastischen Überzug bildet, der die Kanten der Bleche verbindet. Diese Kantenbindeschicht endet an den Linien 26a, die sich gerade kurz vor den freien Enden 18a der Grund­ teilwicklung 18 befinden oder höchstens damit abschließen. Die Schicht 26 verbindet somit die Bleche 12 als eine Einheit entlang der gesamten Länge der dar­ gestellten Oberseite, die als oberes Joch 19 angesehen werden kann, sowie entlang einem beträchtlichen Ab­ schnitt der Länge der verbindenden Schenkel 21, wobei die Schicht 26 gerade kurz vor den Eckverbindungen mit dem unteren Joch 23 aufhört, das den Verbindungsbereich 17 enthält. Die Bleche 12 aus amorphem Metall sind so­ mit wirksam an einer Desorientierung zueinander gehin­ dert, wobei man die Segmente der Bleche im unteren Joch 23, die zu dem Verbindungsbereich 17 führen und darin eingeschlossen sind, frei läßt, sich zu öffnen und an das Einführen und Wiederherstellen des Kernes anzupas­ sen, das weiter unten in Verbindung mit Fig. 3 be­ schrieben ist. Die Grundteilwicklung 22a liegt jenseits der Grenzlinien 26a an der Kantenbindeschicht und man kann sie daher entfernen, wenn der Kern um eine Trans­ formatorspule angeordnet werden soll. Die Grundteil­ wicklung 18 und die Verriegelungswicklung 24 sind je­ doch über einen beträchtlichen Teil ihrer Länge an der Kante mit den Blechen 12 verbunden. Während der Anwen­ dung des Bindemittels sollte sorgfältig darauf geachtet werden, daß ein Eindringen zwischen die Bleche vermie­ den wird, da dies den Kernverlust nachteilig beein­ flußt. Geeignete Kantenbindemittel sind SCOTCH-GRIP 826 oder SCOTCH-CLAD EC 776, von der 3M Company erhältlich.

Nachdem das oben beschriebene Verbinden der Kan­ ten ausgeführt worden ist, entriegelt man die äußere Verriegelungswicklung 24 durch Geradestellen des Ansat­ zes 24a und Herausziehen aus dem Verriegelungsschlitz 24b. Während das obere Joch 19 durch sich davon nach unten erstreckende Schenkel 21 gestützt ist, springen die nicht kantengebundenen Teile der entriegelten äuße­ ren Wicklung in die in Fig. 3 gezeigten Positionen. Auch fallen die beiden Hälften 23a des unteren Jochs, die nicht mehr durch die äußere Verriegelungswicklung gehalten sind, in ihre nach unten hängenden Positionen der Fig. 3, wobei sie sich am Verbindungsbereich 17, der im unteren Joch eingeschlossen ist, voneinander trennen. Es ist ersichtlich, daß sich die Kantenbinde­ schicht 26 leicht an den sich öffnenden Kern anpaßt, während sie die relativen Bewegungen der Bleche 12 über einen beträchtlichen Teil ihrer Umfangslängen be­ schränkt.

Um das Einführen und Wiederverbinden des Kernes zu erleichtern, werden die beiden Hälften 23a des unte­ ren Joches, die sich zwischen dem lokalisierten Verbin­ dungsbereich 17 erstrecken, und die beiden Eckbereiche an den Enden des unteren Joches derart orientiert, daß sie im wesentlichen mit den Kernschenkeln 21, an denen sie befestigt sind, ausgerichtet sind. Als Ergebnis hat der Kern dann eine im wesentlichen U-förmige Konfiguration mit im wesentlichen geraden Schenkeln, die die ur­ sprünglichen Schenkel 21 und die dann ausgerichteten Jochhälften 23a umfaßt. Die ausgedehnten Schenkel die­ ser U-förmigen Struktur können leicht durch die Öffnun­ gen 28a der beiden Transformatorspulenstrukturen 28 ge­ schoben werden, die jeweils angepaßt sind, die ur­ sprünglichen Schenkel 21 mit nur geringem Abstand zu umgeben. Um dieses Verfahren zu fördern und die Bleche 12 zu schützen, kann um jeden sich erstreckenden Schen­ kel eine genau passende Schiene oder Hülse 29 aus Me­ tallblech vorgesehen sein (die der besseren Übersicht­ lichkeit halber nur auf dem sich erstreckenden rechten Schenkel gezeigt ist), um den Schenkel in seiner im we­ sentlichen geradlinigen Konfiguration zu halten, wenn er in die Spulenstrukturen 28 eingeführt wird. Jede Schiene ist allgemein C-förmig im Querschnitt, hat drei flache Seiten, während die vierte Seite zwischen schma­ len rechtwinkligen Eckflanschen 29a offen ist. Die Schienen werden durch leichtes Ausbreiten ihrer offenen Seite, was das Einführen eines sich darin erstreckenden Schenkels erleichtert, zusammengebaut. Vorzugs­ weise sind die Schienen von oben nach unten leicht ab­ geschrägt, um die sich erstreckenden Schenkel besser in und durch die Spulenöffnungen 28a zu führen. Nach einer solchen Einführung werden die Metallblechschienen von ihren sich erstreckenden Schenkeln heruntergeschoben, um zu gestatten, daß die Gruppen von Blechen in jeder Jochhälfte 23a in ihre ursprünglichen Positionen mit geschlossener Verbindung in rechten Winkeln zu den ur­ sprünglichen Schenkeln 21 bewegt werden können, was al­ les Bestandteil des Einführens und Wiederherstellens des Kernes ist. Es wird deutlich, daß die Ecken 20a des Kernes während des Öffnens und Schließens des Kernes als Teil des Verbindens beträchtlich gebogen werden.

Es wurde festgestellt, daß das Verfahren zum Ein­ führen und Wiederherstellen des Kernes sehr stark ge­ fördert wird, sowohl hinsichtlich seiner Ausführung, als auch der Vermeidung von Beschädigungen an den dün­ nen, außerordentlich brüchigen Blechen 12 aus amorphem Metall, wenn die Hälften 16a aller stufenweise über­ lappten Verbindungsstellen 16 in ein Bad 30 aus Leicht­ öl 32, wie sogenanntem "rückstandsfreiem" Öl einge­ taucht werden, wie in Fig. 4 veranschaulicht. Ein Öl dieser Art ist wegen seiner Eigenschaft beim Verdampfen nur sehr wenig Rückstand zu hinterlassen, erwünscht. Ein solches rückstandsfreies Öl, ist von der G. Wit­ field Richards Company, Philadelphia, Pa. erhältlich. Das Öl 32 wird durch Kapillarwirkung in die Grenzflächen zwischen den Blechen 12, die in jeder Rei­ he 14 von Verbindungshälften 16a vorhanden sind, gezo­ gen. Es wurde festgestellt, daß das Öl dann sowohl die Bleche in eine innige Grenzflächenbeziehung zieht, als auch die Bleche durch Oberflächenspannung aneinander haften läßt. Jede Verbindungshälfte 16a aus 10 bis 20 Blechen aus amorphem Metall und in den meisten Fällen jeder Reihe 14 von Verbindungshälften kann daher ent­ sprechend der Wiederherstellung der stufenförmig über­ lappenden Verbindungen 16 beim Verbinden des Kernes um die Transformatorspulen 28 (Fig. 3) als eine Einheit behandelt werden. Es ist leicht festzustellen, daß das Wiederherstellen der Verbindungsstellen jeweils aus Verbindungshälften oder Reihen von Verbindungshälften die erneute Schließung des Kernes 10 im Vergleich zu einzelnen Blechen 12 sehr fördert. Außerdem führt das Handhaben der brüchigen Bleche aus amorphem Metall ein­ zeln häufig zu ihrem Bruch, selbst wenn man mit großer Sorgfalt arbeitet. Während festgestellt wurde, daß ein rückstandsfreies Leichtöl das Verbinden des Kernes för­ dert, können auch andere Flüssigkeiten, wie z. B. Per­ chloräthylen, benutzt werden, um die erforderliche Oberflächenspannung zu erhalten, ohne einen nachtei­ ligen Rückstand zu hinterlassen.

Fig. 5 zeigt diese Baueinheit, die mit den Transformatorspulen 28 vervollständigt ist, die in ei­ nem Kernfenster 20 eingeschlossen sind, wobei die Ver­ riegelungswicklung 24 die Kernschenkel 21 wieder um­ faßt. Es ist von Bedeutung, festzustellen, daß die Kan­ tenbindeschicht 26 sicherstellt, daß die Bleche 12 beim erneuten Schließen des Kernes nicht fehlorientiert wer­ den, so daß der Kern in vollständig zusammengebauter Form zusammen mit der Transformatorwicklungsspule die genau gleiche Konfiguration annimmt, wie er sie zur Zeit des Glühens hatte. Auf diese Weise wird die wäh­ rend des Wickelns, Schneidens und Wiederherstellens des Kernes in die Bleche eingeführte Spannung wirksam be­ seitigt. Eine andere Funktion der Bindeschicht 26 be­ steht darin, daß sie als eine Hülse wirkt, um irgend­ welche Splitter oder Teilchen, die während des Zusam­ menbaus oder der Verwendung des Kernes möglicherweise vom oberen Joch oder den eingeschlossenen schenkelbe­ reichen sich ablösen, beim Kern hält. In dieser Bezie­ hung kann ein zweites Aufbringen des Bindemittels auf das untere Joch 23 der fertigen Baueinheit aus Kern und Spule erfolgen, um eine vollständig umfassende Schutz­ hülse aus Bindemittelschicht zu schaffen. Obwohl es er­ wünscht ist, daß die Bindeschicht den dargestellten ge­ bundenen Bereich des Kernes zusammenhängend bedeckt, erhält man in einigen Fällen eine ausreichende Be­ schränkung gegen relative Bewegungen der Bleche, wenn die Bindeschicht in diesem Bereich diskontinuierlich, z. B. in Streifen, aufgebracht ist.

Fig. 5 zeigt eine längere, vorgeformte Grund­ teilwicklung 22b, die für die kürzere 22a der Fig. 2 benutzt wird, um sich mit der Grundteilwicklung 18 zu überlappen. Diese Teilwicklungen können während des Endzusammenbaus sicher miteinander verbunden werden.

Dies verbessert die Kurzschlußfestigkeit des Kerns deutlich. Das gleiche Bindemittel, das die Schicht 26 bildet, kann für diesen Zweck benutzt werden. Ist die Kurzschlußfestigkeit nicht von Bedeutung, dann kann die Grundteilwicklung 22a im Kernfenster angeordnet werden, nachdem sich die Spulen an Ort und Stelle befinden, woraufhin man den Kern wieder schließt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß ein verbesserter Transformatorkern mit geringem Verlust geschaffen wird, dessen amorphe, ferromagneti­ sche Bleche während der Herstellung des Kerns, dem Ein­ führen des Kerns, der nachfolgenden Handhabung und Ver­ schickung und während der Benutzung gut gegen Splitter­ bildung und Bruch geschützt sind. Es ist auch ersicht­ lich, daß die Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit aus Transformatorkern und Wicklung schafft, deren geringer Kernverlust aufgrund der Verwendung von amorphem Metall nicht durch Rest­ spannungen oder Beschädigungen an den Kernblechen be­ einträchtigt wird. Die vorliegende Erfindung ist glei­ chermaßen anwendbar sowohl auf Mantel- als auch Kern­ transformatoren. Weiter ist die Erfindung anwendbar auf Kerne aus amorphem Metall, die nicht erst, wie in der vorliegenden Anmeldung offenbart, zu einer Ringform ge­ wickelt und dann rechteckig verformt, sondern die di­ rekt in eine rechteckige Konfiguration gewickelt sind.

Hinsichtlich eines Manteltransformators zeigt die Fig. 6 einen Weg, wie die Erfindung darauf angewandt werden kann. Der Transformator der Fig. 6 umfaßt zwei Kerne 50 und eine Einzelspulenstruktur 28. Jeder Kern 50 wird in im wesentlichen der gleichen Weise herge­ stellt, wie der Kern 10 der Fig. 2, ausgenommen, daß (a) die Verbindungsstellen 16 jedes Kernes in einem Kernschenkel 21 und nicht in einem Joch 19 liegen und (b) das Bindemittel nur auf einen Schenkel und ein Joch der Kerne 50 aufgebracht ist. Der verbundene Schenkel hat einen oberen Abschnitt 21a auf einer Seite der Ver­ bindungsstellen 16 und einen unteren Abschnitt 21b auf der anderen Seite der Verbindungsstellen 16. Jeder Kern 50 wird dadurch in eine Spulenstruktur 28 gebunden, daß man zuerst die Verbindungsstellen 16 öffnet und die nichtgebundenen Abschnitte der Bleche aus amorphem Me­ tall in die gestrichelten Positionen 54 und 56 bringt. Die Position 54 wird erreicht, indem man die oberen Ab­ schnitte 21a des verbundenen Schenkels mit dem oberen Joch 19 ausrichtet, und das obere Joch mit dem anderen Schenkel 21 ausrichtet. Vorzugsweise wird eine (nicht dargestellte) Schiene um die ausgerichteten Abschnitte 21a, 19 und den oberen Abschnitt des gebundenen Schen­ kels 21 herum angeordnet, um sie in der Position 54 in etwa ausgerichtet zu halten. Diese ausgerichtete Kern­ struktur bei 54 und die Kernstruktur bei 56 werden dann in allgemein der Weise in das Ölbad eingetaucht, wie in Fig. 4 gezeigt. Danach fädelt man beim rechten Kern 50 die ausgerichtete Kernstruktur bei 54 durch die Öffnung der Spulenstruktur 28 und ordnet dadurch die Kernstruk­ turen im Fenster des rechten Kernes 50 an, wie durch die gestrichelten Linien 60 dargestellt.

Danach werden die nichtgebundenen Kernabschnitte bei 54 und 56 um die Spulenstruktur 28 gewickelt und in ihre Position mit geschlossenen Verbindungsstellen zu­ rückgeführt, wie in durchgezogenen Linien in Fig. 6 gezeigt ist. Die nichtgebundenen Kernbereiche werden üblicherweise jeweils als eine Verbindungshälfte oder eine Reihe von Verbindungshälften gleichzeitig in ihre Positionen mit geschlossener Verbindungsstelle zurück­ geführt, wobei man mit der radial innersten Verbin­ dungsstelle beginnt und mit aufeinander folgenden Ver­ bindungsstellen in einer Richtung radial nach außen fortfährt. Die gleichen Stufen werden für den linken Kern 50 wiederholt, um diesen Kern in die Spulenstruk­ tur einzuführen. Der rechte Schenkel 21 des linken Ker­ nes paßt in die Bohrung der Spulenstruktur 28 in dem Raum, der durch den linken Schenkel des rechten Kernes freigelassen ist.

Obwohl in der vorliegenden Anmeldung ein Verfah­ ren beschrieben ist, bei dem der Kern als einzelne Ein­ heit in die Spulenstruktur eingeführt wird, kann die Erfindung in ihren breitesten Aspekten auf ein Verfah­ ren angewendet werden, bei dem der Kern aus mehreren Einheiten gebildet wird, die einzeln in die Spulen­ struktur eingebunden sind. Fig. 7 veranschaulicht eine solche Ausführungsform.

Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Kern zwei Einheiten 44 und 46, die als innerer und äußerer Kern bezeichnet werden. Der innere Kern 44 wird zuerst in die Spulenstruktur 28 in im wesentlichen der gleichen Weise, wie oben mit Bezug auf den Kern 10 der Fig. 2 und 3 beschrieben, eingeführt. Die Verbindungsstellen 16 des inneren Kernes sind in seinem unteren Joch ange­ ordnet. Danach wird das äußere Joch in die Spulenstruk­ tur 28 in im wesentlichen der gleichen Weise einge­ führt, doch befindet sich die Verbindungsstelle 16 statt im unteren im oberen Joch. Der äußere Kern wird vom gegenüberliegenden Ende desjenigen in die Spulen­ struktur eingeführt, die zur Einführung der inneren Spulenstruktur benutzt ist.

Obwohl die veranschaulichten Kerne einen recht­ eckigen Querschnitt haben, ist die Erfindung auch auf Kerne mit anderen Querschnitten anwendbar, wie runden, ovalen oder kreuzförmigen. Üblicherweise weist die Spu­ lenstruktur 28, die einen Schenkel des Kernes umgibt, eine Bohrung allgemein der gleichen Querschnittsgestalt wie der Schenkel auf. Obwohl Kerne aus amorphem Metall mit stufenweise überlappenden Verbindungsstellen offen­ bart sind, ist die vorliegende Erfindung auch auf Kerne aus amorphem Metall mit anderen Arten von Verbindungs­ stellen anwendbar, wie z. B. versetzten Stoßverbindungen.

Claims (23)

1. Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit aus einem magnetisierbaren Kern aus amorphem Metall und einer Spulenstruktur für einen elektrischen Transformator, umfassend die Stufen:

• A. Bilden des Kernes mit einer Konfiguration einer ge­ schlossenen Schleife, die im wesentlichen Einzelwicklun­ gen bildende Gruppen von Lamellen aus dem amorphen ferromag­ netischen Metall umfaßt, die um ein Kernfenster überein­ ander angeordnet sind, wobei der Kern eine Reihe von Ver­ bindungsstellen zwischen den sich selbst überlappenden En­ den dieser Lamellengruppen aufweist, die in einem lokali­ sierten Verbindungsbereich angeordnet sind und der Kern benachbart den Verbindungsstellen vorbestimmte Abschnitte einschließt, die voneinander wegbewegbar sind, damit die Verbindungsstellen getrennt und der Kern geöffnet werden können;
• B. Glühen des Kerns;
• C. Anbringen einer Halteeinrichtung über beträchtliche Teile der Lamellen außerhalb des Verbindungsbereiches und der vorbestimmten Abschnitte zum Beschränken der Relativ­ bewegung der Lamellen;
• D. Trennen der Verbindungsstellen zur Öffnung des Kernes durch voneinander Wegbewegen der vorbestimmten Abschnitte des Kernes;
• E. Einführen der Spulenstruktur in das Kernfenster, wobei die Spulenstruktur wenigstens einen Abschnitt des Kernes umgibt; und
• F. Zurückbewegen der vorbestimmten Abschnitte in Positio­ nen zur Wiederherstellung der Verbindungsstellen, wobei die Lamellen in die gleiche Konfiguration zurückgeführt werden, die sie am Schluß der Glühstufe hatten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kern gebildet wird durch:

• a) Wickeln eines dünnen Streifens aus dem amorphen ferro­ magnetischen Material zu einer ersten Ring-Schichtstruk­ tur;
• b) Schneiden allgemein radial durch diese erste Ring­ struktur, um Einzelwicklungen von Lamellen zu schaffen;
• c) Anordnen der Lamellen in einer zweiten Ringstruktur, die die Verbindungsstellen aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem:

• a) die Stufe A. einen Kern allgemein rechteckiger Gestalt mit vier Seiten (je zwei Schenkel und Joche) erzeugt, die an den Eckbereichen miteinander verbunden sind und das Kernfenster umgeben, wobei die Verbindungsstellen voll­ kommen innerhalb einer der Seiten liegen, wobei diese eine Seite auch die vorbestimmten Abschnitte einschließt;
• b) das Anbringen der Halteeinrichtung gemäß der Stufe C. von Anspruch 1 an den Bereichen der Seitenkanten der La­ mellen erfolgt; und
• c) die Ausführung der Stufen D. und F. gemäß Anspruch 1 ein Biegen der gegenüberliegenden Eckbereiche der einen Seite einschließen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei dem

• a) der Kern zu der allgemein rechteckigen Gestalt geformt wird, indem man die Schleife in Ringform verformt und
• b) der Biegeradius der Eckbereiche der Lamellen während des Verformens dadurch kontrolliert wird, daß innerhalb des Fensters eine Grundwicklung vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend vor der Einfüh­ rungsstufe E) die zusätzliche Stufe des Aufbringens einer Flüssigkeit auf den Verbindungsbereich, derart, daß die Lamellen dieses Bereiches während der nachfolgenden Wiederherstel­ lung der Verbindungsstellen als Einheit zusammenzuhalten sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin die Flüssigkeit da­ durch aufgebracht wird, daß der Verbindungsbereich in die Flüssigkeit eingetaucht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Flüssigkeit ein Leichtöl ist, das beim Verdampfen einen nur geringen Rückstand hinterläßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, worin das Anbrin­ gen der Halteeinrichtung durch Aufbringen eines Bindemittels auf die Bereiche der Seitenkanten der Lamellen aus­ geführt wird.

9. Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit aus einem magnetisierbaren Kern aus amorphem Metall und einer Spulenstruktur für ei­ nen elektrischen Transformator, umfassend die Stufen:

• A. Formen des Kerns als Verbundkern mit vier Seiten, die an den Eckbereichen miteinander verbunden sind und ein Kernfen­ ster umgeben, wobei der Kern im wesentlichen Einzelwicklungen bildende Gruppen von Lamellen umfaßt, die überein­ ander angeordnet sind und eine Reihe von Verbindungsstel­ len zwischen den Enden der Lamellen aufweisen, die in einem lokalisierten Verbindungsbereich angeordnet sind, der sich innerhalb einer der Seiten befindet und diese eine Seite zwischen dem Verbindungsbereich und ihren Eck­ bereichen an gegenüberliegenden Enden vorbestimmte Seitenabschnitte einschließt, die zur Tren­ nung der Verbindungsstellen und zum Öffnen des Kernes voneinander wegbewegbar sind;
• B. Glühen des Kernes;
• C. Trennen der Verbindungsstellen durch voneinander Weg­ bewegen mindestens eines der vorbestimmten Seitenab­ schnitte in eine Position der ungefähren Ausrichtung mit derjenigen Seite, die an einem Eckbereich damit verbunden ist;
• D. Anbringen einer Führungseinrichtung an dem einen Sei­ tenabschnitt und der ungefähr damit ausgerichteten ver­ bundenen Seite, derart, daß der eine Seitenabschnitt und die verbundene Seite in der ungefähr ausgerichteten Beziehung gehalten sind;
• E. Einführen des einen Seitenabschnittes, der damit verbundenen Seite und der Führungseinrichtung als Einheit in die vor­ geformte Spulenstruktur;
• F. Bewegen der Führungseinrichtung, derart, daß die Verschiebung des Seitenabschnittes möglich ist; und
• G. Verschieben der Seitenabschnitte in Positionen, um die Verbindungsstellen wiederherzustellen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Führungsein­ richtung ein langgestrecktes Teil mit einem allgemein C- förmigen Querschnitt und einem Spalt an einer Seite ist, der das Aufweiten der Führungseinrichtung gestattet, damit der Eintritt des einen Seitenabschnittes und der allge­ mein ausgerichteten verbundenen Seite durch den aufgewei­ teten Spalt in das Innere der Führungseinrichtung zu er­ leichtern ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem

• a) die Führungseinrichtung sich an einem Ende verjüngt und
• b) die Führungseinrichtung derart aufgesetzt wird, daß das verjüngte Ende am freien Ende des allgemein ausgerich­ teten einen Seitenabschnittes und der einen verbundenen Seite angeordnet ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Führungsein­ richtung den Verbindungsbereich in dem einen Seitenab­ schnitt bedeckt, während dieser eine Seitenabschnitt in die Öffnung der Spulenstruktur eingeführt wird.

13. Elektrischer Transformator mit

• A. einem einheitlichen magnetisierbaren Kern mit einer Konfiguration einer geschlossenen Schleife, der sich um ein Fenster erstreckt und in einem lokalisierten Bereich öffenbare Verbindungs­ stellen aufweist, wobei der Kern übereinander angeordne­ te, sich in dem lokalen Verbindungsbereich selbst überlappende Gruppen von Lamellen aus einem dünnen amorphen ferromagnetischen Streifenmaterial umfaßt, die sich von dem lokalisierten Verbindungsbereich aus kontinuierlich um den Kern erstrecken und wobei die amorphen ferromag­ netischen Lamellen vorbestimmte Abschnitte benachbart den Verbindungsstellen einschließen, die von diesem lokali­ sierten Verbindungsbereich um einen relativ großen Ab­ stand zu einer weiten Öffnung zum Kernfenster voneinander wegbewegbar sind und
• B. einer vorgeformten Spulenstruktur, die in dem Kern­ fenster sitzt und den einheitlichen Kern in einem Bereich umgibt, der die vorbestimmten Abschnitte nicht ein­ schließt.

14. Transformator nach Anspruch 13 in Kombination mit:

• a) mindestens einer Grundwicklung, die in dem Kernfenster angeordnet ist, daß eine innenliegende Abstützung und ei­ nen Schutz für die Lamellen zu schaffen sind, und
• b) einer äußeren Verriegelungswicklung, die derart um die Lamellen festgelegt ist, daß sie diese umfaßt und eine außenliegende Abstützung und einen weiteren Schutz dafür schafft.

15. Transformator nach Anspruch 14, worin der Kern eine allgemein rechteckige Konfiguration aufweist, wobei der Kern je zwei im Abstand zueinander angeordnete Joche und Schenkel aufweist, die die Joche verbinden.

16. Transformator nach Anspruch 15, worin ein Abschnitt der Grundwicklung ein Brechen der daran anliegenden La­ mellen verhindernde, abgerundete Ecken aufweist.

17. Transformator nach Anspruch 16, worin die Grundwick­ lung erste und zweite metallische, U-förmig gebogene Streifen einer Dicke einschließt, die beträchtlich größer ist als die der Lamellen, wobei die offene Seite des ersten Streifens dem Verbindungsbereich gegenüberliegt und der zweite Streifen in einer umgekehrten Beziehung zu dem ersten Streifen angeordnet ist.

18. Transformator nach einem der Ansprüche 13 bis 17 mit einem Mittel auf Bereichen des Kernes außerhalb der vor­ bestimmten Abschnitte zum Halten der Lamellen.

19. Transformator nach Anspruch 18, worin das Mittel zum Halten ein Überzug aus Klebebindemittel auf den Bereichen der Seitenkanten der Lamellen in den genannten Bereichen ist.

20. Transformator nach Anspruch 19, worin der Überzug den ersten Streifen der Grundwicklung an der Kante mit den Lamellen verbindet.

21. Transformator nach Anspruch 14, worin der Überzug die Verriegelungswicklung an den Kanten mit den Lamellen verbindet.

22. Transformator nach Anspruch 17, worin der erste und der zweite Streifen der Grundwicklung miteinander verbun­ den sind.

23. Transformator nach Anspruch 13, worin die Verbin­ dungsstellen zwischen den Lamellengruppen über den Ver­ bindungsbereich verteilt sind.