Welche Nahttechniken werden beim Stapeln von Transformatorkernen angewendet?

■ Verwandte Konzepte des Eisenkerns

(1) Geometrische Querschnittsfläche: bezeichnet die Querschnittsfläche des vom Eisenkern eingenommenen Raums.

(2) Effektive Querschnittsfläche: bezeichnet die tatsächliche Querschnittsfläche des Siliziumstahlblechs, die sich durch Subtraktion des Spalts zwischen den Siliziumstahlblechen und der Fläche, die von der Dicke des Isolierlackfilms eingenommen wird, von der geometrischen Querschnittsfläche ergibt.

(3) Laminierungskoeffizient: bezeichnet das Verhältnis der effektiven Querschnittsfläche des Kerns zur geometrischen Querschnittsfläche. Der Laminierungsfaktor hängt von der Dicke und Ebenheit des Siliziumstahlblechs sowie der Dicke der Isolierschicht zwischen den Blechen ab. Beispielsweise liegt der Laminierungsfaktor bei Verwendung eines 0,35 mm dicken Siliziumstahlblechs üblicherweise zwischen 0,91 und 0,96.

(4) Füllgrad: Auch als Ausnutzungsgrad bekannt, bezeichnet er das Verhältnis der Querschnittsfläche des leiterförmigen Eisenkerns zur Umfangsfläche des Kerns. Bei einem bestimmten Durchmesser gilt: Je größer die Querschnittsfläche des Kerns, d. h. je mehr Stufen, desto höher der Füllgrad. Allerdings erfordern mehr Stufen auch komplexere Spezifikationen für die Lamellen, was den Kernherstellungsprozess verkompliziert.

■ Siliziumstahlblech-Nahtverfahren

Beim Stapeln des Transformatorkerns gibt es die folgenden drei Verbindungsmethoden für Siliziumstahlbleche.

Direktnaht – nur für warmgewalztes Siliziumstahlblech

Wie in Abbildung 1 dargestellt, zeichnet sich dieses Verfahren durch eine relativ einfache Verarbeitung und Laminierung sowie eine große Überlappungsfläche aus. Dadurch weist der laminierte Eisenkern eine gute Festigkeit und hohe Integrität auf und ist wenig verformbar. Allerdings ist es nur für warmgewalzte Siliziumstahlbleche geeignet. Bei Verwendung für kaltgewalzte, orientierte Siliziumstahlbleche mit guten magnetischen Eigenschaften in Walzrichtung verschlechtern sich die magnetischen Eigenschaften, da der magnetische Fluss an der Naht nicht in Walzrichtung verläuft. Dies führt zu erhöhten Leerlaufverlusten.

Halbgeraden und halbgehrungsförmigen Verbindungen – für kaltgewalzte, kornorientierte Siliziumstahlbleche

Wie in Abbildung 2 dargestellt, wird diese Nahtart für kaltgewalztes, kornorientiertes Siliziumstahlblech verwendet. Charakteristisch für diese Nahtart ist das abwechselnde Auftreten von geraden und Gehrungsnähten im Kernblech. Bei gleicher Breite des Kernblechs und des Eisenjochblechs beträgt der Winkel der Gehrungsnähte an 50 % der Ecken 45°. Im Vergleich zu geraden Nähten sind die magnetischen Eigenschaften deutlich verbessert, die Struktur ist zuverlässig, das Schneiden und Stapeln gestaltet sich einfacher und die Ausnutzung der Siliziumstahlbleche ist hoch. Da jedoch weiterhin ein Teil der geraden Naht vorhanden ist, wird die Richtungsabhängigkeit des kaltgewalzten, kornorientierten Siliziumstahlblechs nicht vollständig genutzt, wodurch die Leerlaufverluste des Eisenkerns nicht minimiert werden können.

Vollständige Gehrungnaht – für kaltgewalztes, kornorientiertes Siliziumstahlblech

Wie in Abbildung 3 dargestellt, sollten zur weiteren Reduzierung der Leerlaufverluste des Eisenkerns und zur optimalen Nutzung der Eigenschaften des kaltgewalzten, orientierten Siliziumstahlblechs vollflächige Schrägverbindungen eingesetzt werden. Dadurch stimmt die Richtung des magnetischen Flusses mit der Walzrichtung des Siliziumstahlblechs überein, und die Kernverluste werden minimiert. Dieses Nahtverfahren ist jedoch komplex und die Integrität des gestapelten Eisenkerns gering.