DE4100210A1 - Verfahren zum herstellen eines transformatorkerns - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines transformatorkernsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
elektrischen Transformatorkerns, der dünne Streifen amor
phen Stahls aufweist, die in Abschnitten mit Mehrfach
schichtdicke angeordnet sind, welche das Fenster des Kerns
umgeben.
Üblicherweise sind die Streifen amorphen Stahls, die für
solche Transformatorkerne benutzt werden, sehr dünn, z. B.
nur etwa 25,4 µm (1 mil) dick im Vergleich zu 178-305 µm
(7-12 mils), die für kornorientierten Siliciumstahl üblich
sind. Eine grundlegende Methode zum Herstellen eines Kerns
aus einem solchen Streifen amorphen Stahls beinhaltet, daß
von einer Streifenmaterialspule ein im wesentlichen durch
gehendes Stück Streifen abgewickelt wird, daß aus diesem
durchgehenden Stück Abschnitte geeigneter Länge zuge
schnitten werden und daß dann diese Abschnitte um einen
Dorn od. dgl. in passenden Winkelpositionen auf dem Dorn
gewickelt werden. Um das Kernzusammensetzungsverfahren
wirtschaftlich zu machen, ist es äußerst erwünscht, daß aus
vielen im wesentlichen durchgehenden Streifen des obigen
Typs, z. B. 10 bis 30, ein Verbundstreifen gebildet wird und
daß dieser Verbundstreifen zerschnitten wird, um Abschnitte
mit der Dicke von mehreren Streifen (oder mehreren Schich
ten) zu bilden, welche passende Längen haben. Diese letzt
genannten Abschnitte können viel leichter und schneller ge
handhabt werden als eine äquivalente Anzahl von Abschnitten
mit der Dicke eines einzelnen Streifens (oder einer einzel
nen Schicht).
Eine Methode zum Herstellen des oben beschriebenen Verbund
streifens beinhaltet, zuerst Bandstahlspulen zu nehmen (in
der Einzelschichtform, in welcher der Streifen vom Walzwerk
geliefert wird) und diese Spulen auf Haspeln (oder Abspul
geräten) anzuordnen, deren Zahl gleich der Anzahl der
Schichten ist, welche die gewünschte Dicke des Verbund
streifens ausmachen. Dann wird bei dieser Lösung der Strei
fen von allen diesen Haspeln gleichzeitig abgewickelt, und
die abgewickelten Teile dieses Streifens werden in Schich
ten vereinigt, um den gewünschten Mehrschichtverbundstrei
fen zu bilden.
Diese Methode erfordert eine sehr große und teuere Ma
schine, wenn der Verbundstreifen die gewünschte große An
zahl von Schichten haben soll. Beispielsweise würde das
Herstellen eines Streifens mit zwanzig Schichten zwanzig
Abspulhaspeln erfordern. Diese Abspulhaspeln sind teuer,
und zwanzig von ihnen würden eine große Grundfläche
beanspruchen sowie übermäßig teuer sein. Ein weiteres
Problem bei zwanzig Einzelstreifendicke-Haspeln ist, daß
Streifen mit Einzelschichtdicke zum Brechen neigen und daß
jeder derartige Bruch das Stoppen der Maschine erfordern
würde. Diese Bruchtendenz der Streifen wäre besonders
nachteilig bei einer Maschine, bei der die Zufuhr von den
Spulen diskontinuierlich ist und die Streifen daher
wiederholten Abbrems- und Beschleunigungskräften ausgesetzt
sind.
Eine weitere Methode zum Herstellen eines Kerns aus amor
phem Stahl beinhaltet das Wickeln eines Ringes aus einem
Streifen amorphen Stahls, der einer einzelnen Spule entnom
men wird, und das anschließende Zerschneiden des Ringes
längs einer radialen Linie, um mehrere separate Streifen
geeigneter Länge herzustellen, die in einen Stapel fallen.
Anschließend werden die Streifen dem Stapel in Gruppen mit
mehrfacher Streifendicke entnommen, und diese Gruppen wer
den um einen Dorn zusammengesetzt, indem üblicherweise für
diesen Zweck ein Bandwickler benutzt wird, der einen ro
tierenden Dorn aufweist. Beispiele dieser Methode sind in
der US-PS 47 34 975 sowie in der US-PS 47 41 096 beschrie
ben.
Bei dieser letzteren Methode wird, wie oben dargelegt, je
der Kern üblicherweise aus einem Streifen hergestellt, der
einer einzelnen Spule entnommen wird. Bei der Verwendung
dieser Methode wird zwar die Anzahl der Abspulhaspeln, die
für die Kernherstellmaschine erforderlich sind, im Ver
gleich zu der weiter oben beschriebenen Maschine stark re
duziert, es bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß der
Füllfaktor des sich ergebenden Kerns häufig nicht so groß
wie erwünscht ist. Wenn das Streifenmaterial auf der Aus
gangsspule einen niedrigen Füllfaktor hat, dann wird der
endgültige Kern fast immer einen niedrigen Füllfaktor ha
ben. Die Anmelderin hat festgestellt, daß durch Herstellen
des Kerns aus einem Streifen, der von mehreren Spulen statt
von einer einzelnen Spule stammt, Kerne mit viel gleichmä
ßigeren Füllfaktoren des gewünschten hohen Wertes herge
stellt werden können.
Aus diesem letztgenannten Grund und aus mehreren anderen
Gründen verwendet die Anmelderin zum Herstellen jedes Kerns
ein Verfahren, bei dem ein Streifen benutzt wird, der von
mehreren Spulen stammt. Diese Methode hat den zusätzlichen
Vorteil, daß die Möglichkeit besteht, das Streifenmaterial,
das in jedem Kern vorhanden ist, hinsichtlich sowohl der
physikalischen als auch der elektrischen Eigenschaften an
zupassen. Der Hersteller des Streifens liefert üblicher
weise mit jeder Spule Daten, z. B. über den Füllfaktor, den
Querschnitt und die magnetischen Eigenschaften des Strei
fens auf dieser besonderen Spule. Durch Auswählen von ge
eigneten Streifenkombinationen können der Kernaufbau und
die magnetischen Verluste des sich ergebenden Kerns genauer
vorhergesagt werden, und diese Möglichkeit hilft, einen
Transformator aus amorphem Metall wirtschaftlich zu entwer
fen und herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen,
bei dem zum Herstellen jedes Kerns aus amorphem Stahl ein
Streifen (Band) von vielen Streifenspulen benutzt wird, das aber
trotzdem nur eine relativ geringe Anzahl von Haspeln zur
Zufuhr des Streifens zu den Streifenzuschneid- und
Streifenwickelteilen der Kernherstellmaschine erfordert.
Weiter soll durch die Erfindung ein Kernherstellverfahren
geschaffen werden, bei dem ein Verbundstreifen aus amorphem
Stahl, der aus n einzelnen Streifen besteht, welche über
einandergestapelt sind, aus einzelnen Streifen, die von we
niger als n Streifenspulen stammen, durch eine relativ bil
lige Vorrichtung hergestellt werden kann, welche keine
übermäßig große Bodenfläche im Bereich der Streifenzu
schneid- und Streifenwickelteile der Kernherstellmaschine
erfordert.
Bei der Ausführung der Erfindung in einer Form wird folgen
des Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns ge
schaffen, der aus Streifen (Bändern) amorphen Stahls besteht, die um
das Fenster des Kerns gewickelt sind. Zuerst wird eine
Mehrzahl von Streifenspulen amorphen Stahls bereitgestellt,
auf denen der Streifen jeweils mit Einzelschichtdicke
gewickelt ist. Dann werden in einer Vorrichtung, die hier
als Vorspuler bezeichnet wird, die Einzelschichtdicke-
Streifen gleichzeitig von den Spulen abgewickelt und zu
einem Streifen mit Mehrschichtdicke vereinigt, der auf
mehrere Mutterhaspeln aufgewickelt wird, auf denen der
Streifen jeweils in Mehrschichtdicke gewickelt wird. Danach
werden diese Mutterhaspeln auf Abspulgeräten angeordnet,
die Mehrschichtdicke-Streifen werden von den Mutterhaspeln
abgewickelt, und die abgewickelten Teile dieser Mehr
schichtstreifen werden zu einem Verbundstreifen vereinigt,
der eine Dicke in Streifenschichten hat, welche gleich der
Summe der vereinigten Mehrschichtdicke-Streifen ist. Dann
wird der Verbundstreifen in eine Vielzahl von Verbund
streifenabschnitte zerschnitten, und aus diesen Abschnitten
wird ein hohler Kernwickel aufgebaut, der ein Fenster hat,
um das die Abschnitte gewickelt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un
ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es
zeigt
Fig. 1 ein Schema, das einen Vorspuler
zeigt, bei dem ein Einzelschicht
dicke-Streifen von fünf Ausgangsspu
len amorphen Stahlstreifens abgewic
kelt und zu einem Streifen mit Mehr
schichtdicke vereinigt wird, der zu
einer Mutterspule aufgewickelt wird,
und
Fig. 2 ein Schema, das eine Vorrichtung
zeigt, welche die Mehrschichtdicke-
Streifen, die von den vier Mutterspu
len abgewickelt werden, zu einem Ver
bundstreifen vereinigt, welcher vor
wärts gefördert und in Verbundstrei
fenstücke zerschnitten wird, wobei
die Vorrichtung nach Fig. 2 die Mut
terspulen aus dem Vorspuler nach Fig.
1 empfängt.
Fig. 1 zeigt einen Vorspuler 10, der fünf Ausgangsspulen
14, 16, 18 und 20 amorphen Stahlstreifens aufnimmt.
Diese Ausgangsspulen sind Spulen, welche vom Stahlwalzwerk
geliefert werden, weshalb in jeder Ausgangsspule der Strei
fen Einzelschichtdicke aufweist. Der grundlegende Zweck des
Vorspulers 10 ist es, die Einzelschichtdicke-Streifen von
den Ausgangsspulen 12, 14, 16, 18 und 20 in einem Mehr
schichtdicke-Streifen zu vereinigen, der als eine Mutter
spule 25 auf eine Mutterhaspel 24 gewickelt wird.
Jede Ausgangsspule wird auf einer drehbaren Spindel 26 be
festigt, die eine feste Achse aufweist und mit dem Läufer
eines Elektromotors 27 gekuppelt ist, der in der Drehzahl
einstellbar ist und, wenn er erregt wird, die Spindel 26 im
Gegenuhrzeigersinn (wie durch einen Pfeil x gezeigt) an
treibt, um die zugeordnete Ausgangsspule abzuwickeln. Die
Mutterhaspel 24 ist auf einer drehbaren Spindel 28 befe
stigt, die eine feste Achse hat und ebenfalls mit dem Läu
fer eines Elektromotors 23 gekuppelt ist, der normalerweise
mit einer im wesentlichen konstanten Drehzahl läuft. Der
Motor 23 treibt, wenn er erregt wird, die Spindel 28 im
Uhrzeigersinn (wie durch einen Pfeil y gezeigt) an, um den
Mehrschichtdicke-Streifen auf die Mutterhaspel 24 aufzuwic
keln. Der Einzelschichtdicke-Streifen, der von jeder Aus
gangsspule abgewickelt wird, wird über eine Reihe von Füh
rungsrollen auf die Mutterhaspel 24 geleitet. Diese Einzel
schichtdicke-Streifen sind mit 29a, 29b, 29c, 29d und 29e
bezeichnet.
Die Führungsrollen für den Streifen von der ersten Aus
gangsspule 12 sind mit 30, 31 und 32 bezeichnet. Die
Führungsrollen für den Streifen von der zweiten Ausgangs
spule 14 sind mit 34, 35 und 36 bezeichnet. Entsprechende
Führungsrollen sind für den Streifen vorhanden, der von
jeder anderen Ausgangsspule abgewickelt wird.
Die Einzelschichtdicke-Streifen von den fünf Ausgangsspulen
werden zu einem Mehrschichtdicke-Streifen an dem Umfang der
Mutterspule 25 vereinigt, und dieser Mehrschichtdicke-
Streifen wird auf die Mutterspule 25 gewickelt, wenn die
Spindel 28 der Mutterhaspel 24 im Uhrzeigersinn angetrieben
wird.
Um jeden Einzelschichtdicke-Streifen unter geeigneter Zug
spannung zu halten, wenn er auf die Mutterhaspel 24 gewic
kelt wird, ist eine Spannrolle 40 an jeder Ausgangsspule
vorgesehen, die auf eine sich abwärts erstreckende Schlaufe
41 in dem zugeordneten Streifen einwirkt, welche zwischen
zwei Führungsrollen für den Streifen angeordnet ist. Diese
Spannrollen 40 sind jeweils auf herkömmliche Weise so befe
stigt, daß sie eine Vertikalbewegung ausführen können, wo
bei sie in Abwärtsrichtung durch ein geeignetes Gewicht be
lastet sind. Diese Gewichtsbelastung, die auf den Streifen
über die Spannrolle 40 einwirkt, hält den Streifen gespannt
und gewährleistet so, daß der Mehrschichtdicke-Streifen
glatt und fest auf die Mutterhaspel 24 gewickelt wird. In
einer Ausführungsform der Erfindung ist jede Spannrolle 40
mit einem Gewicht von etwa 1,35 Pfund pro 25 mm oder pro
Zoll Streifenbreite nach unten vorbelastet.
Zum Steuern des Abwickelns der Ausgangsspulen, wenn der
Mehrschichtdicke-Streifen auf die Mutterhaspel 24 gewickelt
wird, ist eine Steuereinrichtung 31 für den Elektromotor 27
jeder Ausgangsspule vorgesehen. Diese Steuereinrichtung 31,
die einen herkömmlichen Aufbau hat, arbeitet mit einem
schematisch dargestellten Tänzerarm 33, welcher sich mit
der Spannrolle 40 auf- und abbewegt. Die Steuereinrichtung
31 bewirkt, daß ihr zugeordneter Motor 27 mit einer Dreh
zahl arbeitet, die von der Vertikalposition der Spannrolle
40 abhängig ist. Wenn die Ausgangsspule (z. B. 12) durch
Abwickeln im Durchmesser kleiner wird und die Mutterspule
25 durch Aufwickeln im Durchmesser größer wird, tendiert
die Menge an abgewickeltem Streifenmaterial zwischen den
beiden Spulen 12 und 25 zum Abnehmen, wodurch die Schlaufe
41 verkürzt und die Spannrolle 40 nach oben bewegt wird.
Die Steuereinrichtung 31 spricht auf diese Aufwärtsverlage
rung der Position der Spannrolle 40 an, indem sie den Motor
27 veranlaßt, seine Drehzahl zu erhöhen, wodurch mehr abge
wickeltes Streifenmaterial verfügbar gemacht und die Spann
rolle 40 in ihre dargestellte normale Vertikalposition nach
unten bewegt wird. Wenn sich die Spannrolle 40 über ihre
gezeigte normale Vertikalposition hinaus nach unten bewegt,
veranlaßt die Steuereinrichtung 31 den Motor 27, seine
Drehzahl zu verringern, wodurch die Schlaufe 41 verkürzt
und die Spannrolle 40 in ihre gezeigte normale Vertikalpo
sition zurückbewegt wird.
Die Spannrolle 40 und die Steuereinrichtung 31 bewirken
also gemeinsam, daß i) eine wesentliche Zugspannung an je
dem der Einzelschichtdicke-Streifen aufrechterhalten wird,
wenn er auf die Mutterspule 25 gewickelt wird, und daß ii)
die Ausgangsspulen mit geeigneten Geschwindigkeiten abge
wickelt werden, ohne daß es erforderlich ist, alle Abwic
kelkräfte über den Einzelschichtdicke-Streifen zu übertra
gen.
Wenn eine Mutterspule 25 mit dem gewünschten Durchmesser
auf die Haspel 24 gewickelt worden ist, wird die Mutter
spule von der Antriebsspindel 26 abgenommen und zum späte
ren Gebrauch beiseite gestellt. Um das Abnehmen der Mut
terspule 25 zu ermöglichen, werden die Einzelschichtdicke-
Streifen 29a-29e an einer Stelle neben der Mutterspule un
mittelbar vor dem Abnehmen geeignet durchgeschnitten.
Nachdem eine erste Mutterspule 25 auf oben beschriebene
Weise aufgewickelt und dann von der Antriebsspindel 28 ab
genommen worden ist, werden weitere Mutterspulen auf die
selbe Weise auf der Antriebsspindel 28 aufgewickelt, wobei
jede nach ihrer Fertigstellung abgenommen wird, um das Auf
wickeln der nächsten zu gestatten. Dann werden vier dieser
Mutterspulen 25 auf den vier Abspulhaspeln 50 der Kernher
stellvorrichtung montiert, welche in Fig. 2 gezeigt ist.
Gemäß der weiteren Darstellung in Fig. 2 werden die Mehr
schichtdicke-Streifen 53, die die Mutterspulen 25 bilden,
von ihren zugeordneten Mutterspulen abgewickelt und zu
einem Verbundstreifen 55 vereinigt. Der Verbundstreifen 55
hat eine Streifendicke, die gleich der Gesamtzahl der
Einzelschichtstreifen auf sämtlichen Mutterspulen 25, die
in Fig. 2 dargestellt sind, ist. In der dargestellten
Ausführungsform hat jeder der Mehrschichtstreifen 53 auf
jeder der Mutterspulen 25 eine Dicke von fünf Schichten,
und demgemäß hat der Verbundstreifen 55 eine Dicke von 4×5
oder 20 Schichten.
Bei dem Abwickeln von ihren Mutterspulen 25 und dem Bewegen
zu der Stelle, wo sie vereinigt werden, um den Verbund
streifen 55 zu bilden, gehen die Streifen 53 gemäß Fig. 2
jeweils durch einen Schacht 76 hindurch, der allen Mutter
spulen 25 gemeinsam ist und sich unter denselben befindet,
und dann über eine Führungsrolle 74, wo die Richtung jedes
Streifens von insgesamt vertikal in insgesamt horizontal
geändert wird. Nach dem Hinweggang über die Führungsrollen
74 werden die Streifen 53 allmählich konvergierend in den
Verbundstreifen 55 geleitet. Der Teil jedes Mehr
schichtdicke-Streifens 53, der sich zwischen seiner zuge
ordneten Mutterspule 25 und seiner Führungsrolle 74 be
findet, hängt in einer Schlaufe 75 nach unten, die in dem
Schacht 76 angeordnet ist. Das Gewicht des Streifens 53 in
dieser Schlaufe 75 übt Zugkräfte auf den zugeordneten
Streifen 53 aus, wenn dieser in den Verbundstreifen 55
eintritt, wodurch der Streifen 53 unmittelbar stromaufwärts
der Stelle, wo er mit den anderen Streifen vereinigt wird,
gespannt gehalten wird und so die Chancen für Falten und
andere Unregelmäßigkeiten in dem Verbundstreifen reduziert
werden.
Der Verbundstreifen 55 wird durch eine Streifenförderein
richtung 57, die zwei Klemmelemente 58 und 60 aufweist, in
Fig. 2 nach rechts bewegt. Die Klemmelemente 58, 60 sind
aufeinander zu- und voneinander wegbewegbar und außerdem im
Gleichlauf horizontal bewegbar. In Fig. 2 sind die Klemme
lemente in ihrer extrem linken Stellung und in ihrer Posi
tion minimalen Abstands, in welcher sie den Verbundstreifen
55 zwischen ihrer oberen bzw. unteren Fläche einspannen,
gezeigt. Wenn sich die Klemmelemente 58, 60 aus ihrer in
Fig. 2 gezeigten Position nach rechts bewegen, bewegen sie
den Verbundstreifen 55 zwischen den gegenseitigen Abstand
aufweisenden Klingen 62 und 64 einer Schereinrichtung 65
nach rechts.
Die Streifenfördereinrichtung 57 wird durch eine zusätzli
che Streifenfördereinrichtung 70 unterstützt, welche
stromabwärts der Klingen 62 und 64 angeordnet ist. Wenn
diese stromabwärtige Streifenfördereinrichtung 70 wirksam
wird, werden die Klemmelemente 58 und 60 der ersten Strei
fenfördereinrichtung 57 voneinander getrennt, um den Ver
bundstreifen 55 freizugeben, und zurückgestellt, indem sie
im Gleichlauf in Fig. 2 nach links in ihre Ausgangsposition
zurückbewegt werden. Wenn die Streifenfördereinrichtung 70
den Verbundstreifen 55 durch weitere Bewegung nach rechts
richtig positioniert hat, gibt sie den Verbundstreifen
ebenfalls frei und kehrt in Fig. 2 nach links in ihre Aus
gangsposition zurück.
Zum Steuern des Abwickelns der Mutterspule 25 in der Vor
richtung nach Fig. 2 ist jede Abspulhaspel 50 mit dem Läu
fer eines Elektromotors 80 gekuppelt. Wenn der Verbund
streifen 55 nach rechts gefördert wird, dreht der Motor
seine zugeordnete Abspulhaspel im Gegenuhrzeigersinn, wo
durch abgewickeltes Streifenmaterial für den Verbundstrei
fen 55 zur Verfügung gestellt wird. In dem Schacht 76 un
terhalb jeder Mutterspule 25 hängt der von jeder Mutter
spule abgewickelte Streifen in einer Schlaufe 75 nach un
ten, wie es oben beschrieben worden ist. Jeder der einzel
nen Streifen, die den Mehrschichtstreifen bilden, hängt in
seiner eigenen Schlaufe nach unten, und der vertikale Ab
stand zwischen diesen Schlaufen wird zunehmen größer, wenn
die zugeordnete Mutterspule 25 abgewickelt wird. Eine pho
toelektrische Steuereinrichtung 81 für jeden Mehrschicht
streifen 53 ist innerhalb oder an dem Schacht 76 angeordnet
und erfaßt die unterste Schlaufe 75 jedes Mehrschichtstrei
fens 53, um i) den Motor 80, welcher diesem Streifen 53 zu
geordnet ist, zu veranlassen, anzulaufen und den Streifen
mit allmählich zunehmender Drehzahl abzuwickeln, wenn die
Schlaufe über eine vorbestimmte obere Grenze ansteigt, und
um ii) den Motor zu veranlassen, bis zum Stillstand abzu
bremsen, wenn die Schlaufe unter eine vorbestimmte untere
Grenze sinkt.
Gemäß Fig. 2 bewirken die beiden Streifenfördereinrichtun
gen 57 und 70, wenn sie sich nach rechts bewegen, daß der
Verbundstreifen 55 intermittierend nach rechts bewegt wird,
was zur Folge hat, daß die horizontalen Teile der Mehr
schichtstreifen 53 intermittierend nach rechts bewegt wer
den. Wenn die horizontalen Teile der Streifen 53 so inter
mittierend nach rechts bewegt werden, werden die Mutterspu
len 25 durch ihre zugeordneten Motoren 80 abgewickelt, wo
durch Streifenmaterial in den Schlaufen 75 zur Verfügung
gestellt wird. Aus diesen Schlaufen wird das Mehrschicht
streifenmaterial 53 durch die Fördereinrichtungen 57 und 70
abgezogen und in dem Verbundstreifen 55 vereinigt. Während
dieser Vorgänge wird der horizontale Teil von jedem der
Mehrschichtstreifen 53 durch das Gewicht der Schlaufen 75
in dem Schacht 76 unter Zugspannung gehalten.
Wenn der Verbundstreifen 55 in Fig. 2 nach rechts in die
gewünschte Position bewegt worden ist, wird er durch Betä
tigen der Scherklingen 62 und 64 durchgeschnitten. Diese
Scherklingen haben vorzugsweise den Aufbau, der den Gegen
stand einer europäischen Patentanmeldung EP 90 105 703.4
der Anmelderin bildet,
und auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen
wird.
Im Betrieb zerschneiden die Scherklingen den Verbundstrei
fen 55 in Verbundstreifenabschnitte, welche die gewünschten
Längen haben. Diese Abschnitte werden aufgestapelt und dann
um einen Dorn gewickelt, um einen hohlen Kernwickel zu bil
den, und zwar bevorzugt auf die Weise, die in der gleich
zeitig eingereichten weiteren deutschen Patentanmeldung
P....(Anwaltszeichen 12 896.1-11 DT-4807) der
Anmelderin gezeigt ist, für welche die Priorität der US-Pa
tentanmeldung, S.N. 4 63 697, vom 11. Januar 1990 in An
spruch genommen worden ist und auf die bezüglich weiterer
Einzelheiten verwiesen wird.
Die obige Beschreibung zeigt, daß insgesamt neun
Abspulhaspeln benutzt werden, und zwar fünf in dem
Vorspuler und vier in der Vorrichtung nach Fig. 2, um den
Verbundstreifen 55 mit einer Dicke von zwanzig Schichten
herzustellen. Wenn die Methode benutzt worden wäre, die
oben in der Beschreibungseinleitung als erste Methode
angegeben worden ist, hätten zum Herstellen dieses aus
zwanzig Schichten bestehenden Verbundstreifens zwanzig
Abspulhaspeln benutzt werden müssen, von denen jede eine
Ausgangsspule eines Einzelschichtdicke-Streifens aufnimmt.
Diese Einzelschichtdicke-Streifen wären gleichzeitig von
diesen zwanzig Ausgangsspulen abgewickelt worden, um den
Verbundstreifen mit der gewünschten Dicke von zwanzig
Schichten herzustellen. Es ist klar, daß durch die Ver
wendung des hier beschriebenen Verfahrens die Anzahl der
erforderlichen Abspulhaspeln von zwanzig auf neun
verringert worden ist. Dadurch sind nicht nur die Maschi
nenkosten und die erforderliche Grundfläche reduziert wor
den, sondern auch die Chancen, daß der Streifen in der Ma
schine reißt, da der Streifen in der Maschine bei Ver
wendung des hier beschriebenen Verfahrens überwiegend in
Mehrschichtdicke-Form statt in Einzelschichtdicke-Form ge
handhabt wird. Das ist bei der Maschine nach Fig. 2 be
sonders wichtig, wo der Verbundstreifen durch den inter
mittierenden Streifenvorschub- und -abbremsvorgang, welcher
ausgeführt wird, beschleunigt bzw. verlangsamt (und somit
stärker belastet) wird.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung ist, daß der
Vorspuler nach Fig. 1 benutzt werden kann, um genug Mehr
schichtstreifenmaterial zum Versorgen von vielen kontinu
ierlich arbeitenden Kernherstellmaschinen (wie die Maschine
nach Fig. 2) zu produzieren. Anders ausgedrückt, während
die Maschine nach Fig. 2 Stücke des Verbundstreifens 55 aus
dem Mehrschichtstreifen 53 produziert, welcher den vier
Mutterspulen 25 entnommen wird, kann der Vorspuler nach
Fig. 1 mehrmals so viele Mehrschichtstreifen-Mutterspulen
produzieren. Das bedeutet, daß die durchschnittliche Anzahl
von Abspulhaspeln, die für den Betrieb jeder Kernherstell
maschine erforderlich sind, um eine beträchtliche Zahl (ab
der oben erwähnten neun) reduziert wird und daß die mitt
lere Bodenfläche, die für die Vorspul- und Verbundstreifen
herstellvorgänge nach den Fig. 1 und 2 gemeinsam benötigt
wird, weiter reduziert wird.
Noch ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß der Vor
spuler nach Fig. 1 sich an einer Stelle befinden kann, die
von der Vorrichtung nach Fig. 2 beträchtlich entfernt ist,
was mehr Flexibilität bei der Anlagengestaltung zuläßt.
Es ist zwar ein Vorspuler (Fig. 1) mit fünf Abspulhaspeln
kombiniert mit einer Kernherstellmaschine mit vier Abspul
haspeln speziell beschrieben worden, es ist jedoch klar,
daß diese besondere Gesamtzahl von Abspulhaspeln nur zur
Veranschaulichung dient. Weniger oder mehr Abspulhaspeln
könnten in jeder dieser Maschinen vorhanden sein. Bei
spielsweise wird in einer weiteren Ausführungsform der Er
findung der dargestellte Vorspuler in Kombination mit einer
Kernherstellmaschine des in Fig. 2 gezeigten Typs benutzt,
die aber nur drei statt vier Abspulhaspeln hat. Diese Kom
bination ergibt einen Verbundstreifen 55 mit einer Dicke
von 5×3 oder 15 Schichten.
In der Beschreibungseinleitung ist eine zweite Methode zum
Aufbauen von Kernen aus amorphem Metall erwähnt worden, bei
der ein Ring aus einem amorphen Streifen aufgewickelt wird,
welcher einer einzelnen Spule entnommen wird, und dann die
ser Ring längs einer einzelnen radialen Linie durchge
schnitten wird, um eine Vielzahl von Streifen geeigneter
Länge herzustellen. Durch die Verwendung dieser Methode
wird zwar die Anzahl von Abspulhaspeln, welche für die
Kernherstellmaschine erforderlich sind, stark reduziert,
sie hat jedoch den Nachteil, daß der Füllfaktor des sich
ergebenden Kerns häufig nicht so groß wie erwünscht ist.
Wenn das Streifenmaterial auf der Ausgangsspule einen nied
rigen Füllfaktor hat, wird der endgültige Kern fast immer
einen niedrigen Füllfaktor haben. Es hat sich gezeigt, daß
durch Herstellen des Kerns aus einem Streifen, der mehreren
Spulen (z. B. den fünf separaten Ausgangsspulen, die in Fig.
1 gezeigt sind) statt einer einzelnen Spule entnommen wird,
Kerne mit gleichmäßigen Füllfaktoren des gewünschten hohen
Wertes produziert werden können.
Ein reduzierter Füllfaktor ist häufig auf hohe Punkte an
begrenzten Stellen über der Breite des Streifens zurückzu
führen. Wenn der Streifen zu einem Kernwickel aufgewickelt
wird, so daß benachbarte Windungen desselben Streifens ein
ander berühren, tendieren die hohen Punkte dazu, sich auf
zureihen und so den Effekt der hohen Punkte zu multiplizie
ren, und das Ergebnis wird ein Kernwickel mit einem relativ
kleinen Füllfaktor sein. Wenn aber Streifen aus vielen Spu
len benutzt werden, werden hohe Punkte an benachbarten
Streifen üblicherweise nicht miteinander ausgerichtet sein,
wodurch der Effekt der hohen Punkte ausgemittelt und ein
Kernwickel mit größerem Füllfaktor produziert wird.
Dieser Ausmittelungseffekt kann noch gefördert werden, in
dem benachbarte Streifen sorgfältig so ausgewählt werden,
daß sie eine kompatible Querschnittsform haben, wobei sich
aber gezeigt hat, daß einfach durch willkürliche Auswahl
Kerne mit viel gleichmäßigeren Füllfaktoren des gewünschten
hohen Wertes als in dem Fall hergestellt werden können, in
welchem Kerne aus einem Streifen hergestellt werden, der
von einer einzelnen Spule stammt.
Der Hersteller des Streifens liefert üblicherweise mit je
der Spule Daten über den Füllfaktor, den Querschnitt und
die magnetischen Eigenschaften des Streifens in dieser be
sonderen Spule. Durch Auswählen von passenden Streifenkom
binationen für einen einzelnen Kernwickel kann der Kernauf
bau genauer vorhergesagt werden, der sich aus einer beson
deren Anzahl von Kernblechen ergeben wird, und es können
auch die magnetischen Verluste für den sich ergebenden Kern
genauer vorhergesagt werden.
Ein wichtiger Punkt, der in bezug auf das hier beschriebene
Verfahren anzumerken ist, ist, daß der Vorspuler nach Fig.
1 die Einzelschichtdicke-Streifen 29a-29e auf die Mutter
haspel 24 sehr fest aufwickelt. Dieses feste Aufwickeln er
gibt sich hauptsächlich durch die gewichtsbelasteten Spann
rollen 40 (Fig. 1), die auf die Einzelschichtdicke-Streifen
einwirken. Das feste Aufwickeln der Mutterspulen 25 kon
trolliert den vertikalen Abstand, der sich zwischen den
Schlaufen 75 in den in Fig. 2 dargestellten einzelnen
Streifen ergibt. Wenn die Mutterspulen relativ locker auf
gewickelt worden wären, würde dieser vertikale Abstand viel
größer als dargestellt werden, und es wäre ein viel tiefe
rer Schacht erforderlich, um die Schlaufen aufzunehmen, die
in dem Schacht gebildet werden. Das hier beschriebene Ver
fahren ermöglicht, die Kosten zu vermeiden, die mit dem
Vorsehen dieser größeren Tiefe des Schachtes 76 verbunden
sind.
Claims (8)
1. Verfahren zum Herstellen eines Transformatorkerns aus
Streifen amorphen Metalls, die um das Fenster des Kerns ge
wickelt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) Herstellen von mehreren Spulen von Streifen amorphen Metalls, auf denen der Streifen jeweils mit Einzel schichtdicke aufgewickelt wird,
- b) gleichzeitiges Abwickeln der Einzelschichtdicke-Strei fen von den Spulen und Vereinigen der Einzelschicht dicke-Streifen, um einen Streifen mit Mehrschichtdicke zu bilden,
- c) Wickeln des Mehrschichtdicke-Streifens auf mehrere Mut terhaspeln, auf die der Streifen jeweils in Mehr schichtdicke gewickelt wird,
- d) Abwickeln der Mehrschichtdicke-Streifen von den Mutter haspeln und Vereinigen der Mehrschichtdicke-Streifen in einem Verbundstreifen, welcher eine Dicke in Streifen schichten hat, welche gleich der Summe der vereinigten Mehrschichtdicke-Streifen ist,
- e) Zerschneiden des Verbundstreifens in mehrere Verbund streifenstücke und
- f) Aufbauen eines hohlen Kernwickels aus den Verbundstrei fenstücken, wobei der Kernwickel ein Fenster hat, um das die Verbundstreifenstücke gewickelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schritte b) und c) nach Anspruch 1 in einer Vorspulma
schine ausgeführt werden und daß der Schritt d) an einer
Stelle ausgeführt wird, die der Stelle benachbart ist, wo
der Verbundstreifen in die Verbundstreifenstücke zerschnit
ten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorspulmaschine entfernt von der Stelle, wo der Schritt
- d) ausgeführt wird, angeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kernwickel aus den Verbundstreifen
stücken aufgebaut wird durch:
- a) Wickeln der Verbundstreifenstücke übereinander um einen Dorn, bis ein Kernwickel, der eine vorbestimmte Dicke hat, um den Dorn aufgebaut worden ist, und
- b) Abnehmen des Kernwickels von dem Dorn und Weiterverar beiten des Kernwickels, um einen Kern herzustellen, der ein Fenster zum Aufnehmen eines Spulenteils eines Transformators hat.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß jeder Einzelschichtdicke-Streifen während
der Schritte b) und c) nach Anspruch 1 mit einer Vorspann
kraft gespannt gehalten wird, die über eine Rolle ausgeübt
wird, welche auf den Einzelschichtdicke-Streifen einwirkt,
was bewirkt, daß der Mehrschichtdicke-Streifen fest auf die
Mutterhaspel gewickelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorspannkraft größer ist als 0,45 kp pro 25 mm (1 Zoll)
Breite des Einzelschichtdicke-Streifens.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß jeder Einzelschichtdicke-Streifen während
der Schritte b) und c) nach Anspruch 1 mit einer Vorspann
kraft gespannt gehalten wird, die über eine Rolle ausgeübt
wird, welche auf den Einzelschichtdicke-Streifen einwirkt,
was bewirkt, daß der Mehrschichtdicke-Streifen fest auf die
Mutterhaspel gewickelt wird, und daß der Schritt d) nach
Anspruch 1 ausgeführt wird, indem jeder Mehrschichtdicke-
Streifen zwischen horizontalen Abstand voneinander aufwei
senden Stellen verläuft, zwischen denen der Mehrschicht
dicke-Streifen in einer Schlaufe nach unten hängt, die aus
vertikalen Abstand voneinander aufweisenden Schlaufen in
den Einzelschichtdicke-Streifen besteht, welche den Mehr
schichtdicke-Streifen bilden, wobei der vertikale Abstand
der vertikalen Abstand voneinander aufweisenden Schlaufen
durch die Festigkeit begrenzt wird, mit welcher der Mehr
schichtdicke-Streifen auf seine Mutterhaspel aufgewickelt
worden ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gewicht jedes Mehrschichtdicke-Streifens in der
Schlaufe eine Zugkraft auf den Mehrschichtdicke-Streifen
ausübt, wenn dieser in dem Verbundstreifen vereinigt wird.
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