Leitfaden für die CRGO-Laminierungsdicke: 0,23 mm vs 0,27 mm vs 0,30 mm

Wenn Sie nur die praktische Abkürzung wollen: 0,23 mm ist für das Ausquetschen von Verlusten und Etiketten, 0,27 mm ist das alltägliche Arbeitspferd, 0,30 mm ist die kostenorientierte und produktionsfreundliche Wahl. Die richtige Antwort für Sie liegt in der Regel in den Zahlen zur Verlustkapitalisierung, der Fabrikkapazität und der Ernsthaftigkeit Ihres Kunden in Bezug auf die Effizienz verborgen, nicht in Marketingbezeichnungen für Stahl.

Warum diese drei Dicken immer wieder in den Spezifikationen auftauchen

Moderne kornorientierte Elektrostähle werden in einer kleinen Anzahl von Nenndicken hergestellt: 0,18, 0,23, 0,27, 0,30 und 0,35 mm in den meisten Katalogen. In der Praxis geben sich Leistungs- und Verteiltransformatoren mit 0,23, 0,27 und 0,30 mm als Standardoptionen zufrieden, die unter den bekannten Güten M3, M4 und M5 verkauft werden.

Sie wissen bereits, warum es dünnere Laminate gibt. Wirbelstromverluste skalieren bei einer bestimmten Flussdichte in etwa mit der Dicke im Quadrat, so dass eine Verringerung der Dicke von 0,30 mm auf 0,23 mm keine kosmetische Verbesserung ist. Gleichzeitig weiß jeder, der schon einmal versucht hat, 0,23-mm-Hi-B-Bleche zu schneiden, zu stapeln und auf einer müden Leitung zu befestigen, dass dies keine kostenlose Leistung ist.

Die eigentliche Frage ist also nicht, "welcher ist der beste". Sie lautet: "Welcher Kompromiss ist für dieses Projekt am wenigsten störend".

Was ändert sich eigentlich, wenn man von 0,30 auf 0,27 auf 0,23 mm geht?

Nehmen Sie einen repräsentativen Datensatz für konventionelle GOES. Ein Anbieter von kornorientierten Blechen gibt typische Kernverluste bei 1,7 T und 50 Hz mit 0,9 W/kg für M3 0,23 mm, 1,12 W/kg für M4 0,27 mm und 1,3 W/kg für M5 0,30 mm an. Dies sind keine allgemeingültigen Zahlen, aber sie geben ein gutes Bild davon, wie "normale" Spulen heute aussehen.

Aus dieser einen Tabelle können Sie bereits das Hauptmuster erkennen.

Ein Wechsel von 0,30 mm auf 0,27 mm verringert die Verluste bei gleicher Flussdichte um etwa vierzehn Prozent. Ein Wechsel zu 0,23 mm führt zu einer Verlustreduzierung in der Größenordnung von dreißig Prozent im Vergleich zu 0,30 mm. Dieser Trend wird durch wissenschaftliche Arbeiten bestätigt, in denen 0,18, 0,23, 0,27 und 0,30 mm dicke orientierte Stähle miteinander verglichen werden und selbst in diesem engen Bereich deutliche Unterschiede bei Kernverlust und Magnetisierungsstrom festgestellt werden.

Finite-Elemente- und Teststudien an Prototyp-Transformatoren zeigen das gleiche Bild: Die Kernverluste ändern sich erheblich, wenn die Blechdicke und die Materialqualität zwischen 0,23, 0,27, 0,30 und 0,35 mm variiert. Die Zahlen sind also real und kein Prospektoptimismus.

In dem Moment, in dem man dünner wird, zahlt man natürlich an anderer Stelle. Mehr Lamellen für den gleichen Nettoquerschnitt, mehr Isolierschichten, mehr Schneidzeit, mehr Möglichkeiten für Grate und Dickenabweichungen, die lokale Lücken und zusätzliche Verluste verursachen. In Erfahrungsberichten und Prozessnotizen von Herstellern wird immer wieder beklagt, dass kleine Dickenabweichungen oder ungenaue Winkel bereits zu Verlusten und Geräuschen führen.

Es besteht also ein dreifacher Kompromiss: Verlust, Herstellbarkeit und Kosten.

0,23 vs 0,27 vs 0,30 mm auf einen Blick

Im Folgenden finden Sie einen kompakten Vergleich anhand typischer kommerzieller Daten und dessen, was die meisten Fabriken in der Praxis erleben. Die Verlustwerte sind Richtwerte, keine Garantien, aber die Verhältnisse sind repräsentativ.

Dies ist die Zusammenfassung der Physik. Der Rest des Artikels handelt davon, wann diese Zahlen Ihre Zeichnung tatsächlich verändern.

Wenn 0,23 mm seinen Platz in Ihrer Stückliste verdient hat

Sie rechtfertigen 0,23 mm in der Regel, wenn einer der drei folgenden Punkte zutrifft.

Erstens, wenn der Leerlaufverlust stark monetarisiert wird. In vielen Ausschreibungen von Versorgungsunternehmen und Energieeffizienzprogrammen wird jedes Watt Kernverlust durch Verlustkapitalisierungsformeln mit einem Preis belegt. Wenn der Verlustkapitalisierungsfaktor hoch ist, ist der Gegenwartswert einer zwanzig- oder dreißigprozentigen Verringerung des Leerlaufverlusts oft größer als die zusätzlichen Stahl- und Verarbeitungskosten. Die Berechnung ist nicht elegant, aber in der Regel entscheidend.

Zweitens, wenn Sie nach Kompaktheit streben. Dünnere Bleche erlauben bei vielen Sorten eine etwas höhere Flussdichte bei gleichem Verlustziel, was einen kleineren Querschnitt bei gleicher Transformatorleistung bedeutet. Dadurch schrumpft der Kessel, das Ölvolumen verringert sich und manchmal lassen sich ein oder zwei Zentimeter pro Abmessung einsparen. Für städtische Verteilertransformatoren, auf dem Boden montierte Einheiten oder erneuerbare Energien, bei denen der Platzbedarf begrenzt ist, ist dies von Bedeutung.

Drittens, wenn Sie mit Lärmgrenzwerten zu kämpfen haben. Mehrere Werke bieten domänenveredelte 0,23- und 0,27-mm-Produkte an, die durch mechanische oder geätzte Rillenbehandlungen die Magnetostriktion und den Eisenverlust verringern, ohne andere Eigenschaften stark zu beeinträchtigen. Geräuscharme Produktserien mit einer Dicke von ca. 0,23 mm werden häufig für Transformatoren mit strengen Schallpegelklauseln vermarktet. Wenn Ihr Geräuschbudget bereits knapp bemessen ist, ist die Kombination von Step-Lap-Verbindungen, guter Klemmung und 0,23 mm Hi-B eine unkomplizierte Möglichkeit, Spielraum zu gewinnen.

Der Preis, den Sie zahlen, liegt auf der Seite des Herstellers. Dünneres CRGO reagiert empfindlicher auf Handhabungsschäden und Biegen, und das Prozessfenster für das Schneiden, Stapeln und Glühen wird enger, wenn die Dicke auf 0,23 mm und darunter sinkt. Die Industrie weist darauf hin, dass diese Bleche nicht stark gebogen werden dürfen und dass selbst geringe Dickenschwankungen innerhalb eines Bandes zu Problemen beim Stapeln und bei den Endverlusten führen.

Sie tauschen einfachere Designziele gegen eine anspruchsvollere Produktionskontrolle.

Wenn sich 0,27 mm als sinnvoller Standard anfühlt

Es gibt einen Grund, warum so viele Hersteller 0,27 mm M4 als Gleichgewichtspunkt zwischen Effizienz und Kosten bezeichnen. Schaut man sich die frühere Verlusttabelle an, so macht 0,27 mm den größten Teil der Vorteile einer dünneren Schicht im Vergleich zu 0,30 mm wieder wett und vermeidet gleichzeitig die schlimmsten Produktionsprobleme, die 0,23 mm mit sich bringt.

Bei einem typischen 50- oder 60-Hz-Verteilungstransformator spart der Schritt von 0,30 auf 0,27 mm oft zehn bis fünfzehn Prozent Kernverlust bei gleicher Flussdichte. Dies zeigt sich als sauberer Weg zu mittleren Wirkungsgradklassen ohne große Änderung der Konstruktionsphilosophie. Es ist selten nötig, das gesamte Kernfenster neu zu zeichnen; man muss nur den Fluss ein wenig erhöhen oder geringere Verluste bei gleicher Induktion in Kauf nehmen.

In der Werkstatt verhält sich 0,27 mm immer noch wie der bekannte Stahl. Der Stapelfaktor ist etwas geringer als bei 0,30 mm, aber nicht dramatisch, und die Biegefestigkeit und Kantenbeständigkeit sind einfacher zu handhaben als bei 0,23 mm. Für Fabriken, die sich auf eine Mischung aus automatischer und manueller Stapelung verlassen, ist dieser mechanische Spielraum wichtiger, als es auf dem Papier scheint.

Kurz gesagt, wenn Ihr Kunde einen ordentlichen, aber nicht extremen Wirkungsgrad erwartet und Ihre Anlage auf M4-Spulen abgestimmt ist, sind 0,27 mm in der Regel die am wenigsten riskante Lösung.

Wenn 0,30 mm noch sinnvoll sind

Es ist verlockend zu denken, dass 0,30 mm "alt" ist und ausgemustert werden sollte, aber es gibt Situationen, in denen es immer noch sinnvoll ist.

Erstens, wenn die kapitalisierten Energiekosten niedrig sind. In einigen industriellen oder regionalen Netzen ist jedes zusätzliche Watt Leerlaufverlust immer noch nicht sehr teuer. Wenn der Kapitalisierungsfaktor für Verluste bescheiden und die Tarife niedrig sind, kann sich die Amortisationszeit für die Umstellung auf 0,27 oder 0,23 mm für den Anlageneigentümer unangenehm verlängern.

Zweitens, wenn Ihre Konstruktion mit einer konservativen Flussdichte arbeitet. Die in Katalogen angegebenen Kernverluste, wie etwa 1,3 W/kg bei 1,7 T für 0,30 mm, setzen eine relativ hohe Induktion voraus. Wenn Sie mit 1,5 T oder weniger arbeiten und Ihre Lastverluste dominieren, schrumpft die relative Bedeutung einer Reduzierung der Kernverluste.

Drittens dominieren bei einigen Geräten mit höherem MVA der Materialfluss und die Komplexität der Wicklung die Wirtschaftlichkeit. Eine etwas dickere Laminierung bietet einen etwas höheren Stapelfaktor und verzeiht kleinere Montagefehler. Das kann den reinen Verlustvorteil in einer echten Fabrik mit begrenzter Qualitätskontrolle aufwiegen.

0,30 mm sind also nicht nur für alte Zeichnungen geeignet. Er ist immer noch nützlich, wenn man bewusst ein wenig zusätzlichen Eisenverlust für Robustheit und Einfachheit in Kauf nimmt.

Eine kurze Überprüfung der Richtigkeit mit groben Zahlen

Nehmen wir ein sehr einfaches Beispiel, um Größenordnungen zu umreißen. Nehmen wir an, ein Transformatorkern verbraucht etwa 400 kg CRGO. Das ist in etwa der Wert für eine mittelgroße Verteilereinheit, aber die Methode ist wichtiger als die genaue Menge.

Unter Verwendung der oben genannten Richtwerte könnte 0,30 mm M5 bei 1,7 T etwa 1,3 W/kg ergeben; 0,27 mm M4 könnte etwa 1,12 W/kg ergeben; 0,23 mm M3 etwa 0,9 W/kg.

Bei gleicher Flussdichte bedeutet dies:

Der 0,30-mm-Kern hat einen Leerlaufverlust von etwa 520 W. Der 0,27-mm-Kern verbrennt etwa 448 W. Der 0,23-mm-Kern verbrennt etwa 360 W.

Wenn man also von 0,30 auf 0,27 mm wechselt, spart man etwa 72 W, und wenn man von 0,30 auf 0,23 mm wechselt, spart man etwa 160 W.

Ein Transformator, der jeden Tag den ganzen Tag über in Betrieb ist, verbraucht 8.760 Stunden Energie im Leerlauf pro Jahr. Diese Unterschiede entsprechen einer Energieeinsparung von 631 kWh bzw. 1.402 kWh pro Jahr im Vergleich zur 0,30-mm-Ausführung.

Wenn der Eigentümer den Wert der Energie mit, sagen wir, 0,10 Währungseinheiten pro kWh bewertet, dann spart die 0,27-mm-Option etwa 63 Einheiten pro Jahr und die 0,23-mm-Option etwa 140 Einheiten pro Jahr. Über einen Zeithorizont von 10 Jahren ergibt sich selbst ohne Abzinsung ein Wert von Hunderten bis mehr als Tausend Einheiten. Die Stahlpreisunterschiede zwischen 0,23-, 0,27- und 0,30-mm-Coils liegen bei den kommerziellen Angeboten oft deutlich unter diesem Wert pro Transformator.

Bei realen Projekten sind mehr Bedingungen zu beachten: genauer Fluss, Einschaltdauer, Lastverluste, Temperaturgrenzen. Dennoch bestätigt eine sehr grobe Prüfung wie diese in der Regel, dass 0,23 mm überall dort attraktiv sind, wo Energie einen hohen Preis hat.

Andere Hebel, die manchmal noch wichtiger sind als die Dicke

Die Dicke ist nicht der einzige Hebel, an dem man ziehen kann, und manchmal ist es auch nicht der erste, den man bewegen sollte.

Domänenverfeinerung und Hi-B-Verarbeitung können die Verluste bei gleicher Dicke erheblich reduzieren, indem magnetische Domänen durch mechanische Rillen oder geätzte Muster aufgebrochen werden. Die JGSD-Produkte von JFE beispielsweise verwenden lineare Rillen auf 0,23- und 0,27-mm-Blechen, um den Eisenverlust zu verringern, ohne die Magnetostriktion stark zu beeinträchtigen. Werke in Asien und Europa bieten ähnliche "verlustarme" Varianten an, die Sie näher an Ihr Ziel bringen können, ohne dass Sie die Blechdicke ändern müssen.

Auch die geometrischen Details überraschen die Designer immer wieder. Stufenfugen, eine bessere Kontrolle der Gehrungswinkel und engere Toleranzen bei der Größe der Lamellen und der Grate verringern sowohl die Kernverluste als auch die akustischen Geräusche. Jüngste Hinweise von Kernherstellern weisen darauf hin, dass selbst kleine Abweichungen bei der Größe der Lamellen oder der Gratdicke zu ungleichmäßigen Spaltmaßen führen und Lärm und Verluste erhöhen.

Materialdickenschwankungen über ein Band hinweg, schlampige Schnittwinkel und schlechtes Einspannen fressen den theoretischen Gewinn eines Wechsels von 0,30 auf 0,27 mm leicht wieder auf. Deshalb investieren einige Werke zunächst in bessere Abwickel-, Schneid-, Spannungsarmglüh- und Stapelverfahren, bevor sie aggressiv auf 0,23 mm Hi-B-Güten umsteigen.

Bevor Sie also das Messgerät wechseln, sollten Sie sich die Frage stellen, ob Ihr vorhandenes Gerät tatsächlich die in den Datenblättern angegebene Leistung erbringt.

Wie man über die Dicke nach Bewertung und Anwendung nachdenkt

Sie werden Ihre eigenen Faustregeln haben, aber das unten stehende Muster entspricht dem, was viele Designteams am Ende verwenden, wenn die Tabellenkalkulationen und Lieferantengespräche abgeschlossen sind.

Bei kleinen Verteilertransformatoren, bei denen die behördlichen Verlustobergrenzen und Energieetiketten eng gefasst sind und bei denen die Geräte jahrzehntelang unter Spannung stehen, dominieren in der Regel 0,23 mm. Die Lebensdauerkosten des Kernverlustes sind so einflussreich, dass selbst eine bescheidene Verbesserung zusätzliche Material- und Prozesspflege rechtfertigt.

Für den mittleren Bereich, von einigen hundert kVA bis zu einigen MVA in typischen 11- oder 33-kV-Netzen, sind 0,27 mm oft der praktische Standard. Damit lassen sich die meisten Ausschreibungsanforderungen und BEE- oder Ecodesign-Wirkungsgrade erfüllen, während die Arbeitsabläufe in der Fabrik nahe an den traditionellen Mustern bleiben.

Bei großen Leistungstransformatoren, speziellen Industrietransformatoren oder Projekten in Märkten, in denen die Energiepreise und die Regulierung weniger aggressiv sind, existieren 0,27 und 0,30 mm nebeneinander. 0,27 mm findet man dort, wo Kunden ausdrücklich einen hohen Wirkungsgrad verlangen, und 0,30 mm dort, wo Konstruktionsteams bewährten Prozessen, mechanischen Margen und Stückkosten den Vorrang vor kleinen Verbesserungen beim Leerlaufverlust geben.

Dies ist keine starre Karte. Es ist eine Möglichkeit, die Zeit für Auseinandersetzungen innerhalb des eigenen Teams zu verkürzen.

Lieferkette und praktische Zwänge, die die Wahl leise beeinflussen

Die Materialverfügbarkeit ist immer noch wichtig. Globale Lieferanten führen verschiedene Kombinationen von Güteklassen und Dicken, wobei sie oft Standardsätze wie M3 0,23 mm, M4 0,27 mm und M5 0,30 mm mit auf Transformatorenhersteller abgestimmten Mindestbestellmengen und Breitenbereichen anbieten. Wenn Ihr Volumen bescheiden ist, werden Sie vielleicht feststellen, dass die echten Premium-Sorten 0,23 mm nur in größeren Mengen wirtschaftlich sind, während 0,27 und 0,30 mm flexiblere Bedingungen haben.

In einigen Katalogen werden auch unterschiedliche Dickentoleranzbänder für den Bereich 0,23-0,27 mm im Vergleich zu 0,30-0,35 mm angegeben. Das ist nicht nur eine Qualitätslinie auf dem Papier. Eine strengere Dickenkontrolle hat direkten Einfluss auf das Stapelverhalten und die endgültigen Kernverluste.

Und schließlich kann Ihre vorhandene Werkzeugausstattung Sie auf subtile Weise einschränken. Querteilanlagen, Step-Lap-Werkzeuge und Glühöfen wurden oft für einen bestimmten Bereich von Breiten und Dicken ausgelegt. Ein Bereich von 0,30 bis 0,27 mm ist normalerweise sicher. Ein Sprung auf 0,23 mm deckt manchmal Schwachstellen beim Abflachen, Schneiden und Stapeln auf, die vorher nicht offensichtlich waren.

Wenn Sie also eine Spezifikation für mehrere Lieferanten schreiben, lohnt es sich, mit ihnen offen darüber zu sprechen, welche Dicken sie wirklich gut in der von Ihnen gewünschten Menge verarbeiten können, und nicht nur darüber, was in der Broschüre steht.

Zusammenstellung für Ihre nächste Entwurfsprüfung

Wenn man das Marketing beiseite lässt, geht es bei der Wahl zwischen 0,23, 0,27 und 0,30 mm dicken CRGO-Laminaten hauptsächlich um Cashflow, Prozessstabilität und Risiko.

Wenn der Kunde für jedes eingesparte Watt zahlt und Sie auf Ihre Werkskontrolle vertrauen, sind 0,23 mm sehr sinnvoll. Er senkt die Kernverluste erheblich, verringert die Geräuschentwicklung und den Platzbedarf und entspricht den modernen Erwartungen an einen hohen Wirkungsgrad.

Wenn Sie eine gute Effizienz wünschen, ohne das Leben in der Werkstatt zu erschweren, sind 0,27 mm eine sehr sichere Zentrierspitze. Viele Versorgungsunternehmen und Erstausrüster haben sich aus genau diesem Grund auf diesen Wert festgelegt.

Wenn Ihre Priorität auf einer vorhersehbaren Fertigung, einem konservativen Betrieb und minimalen Vorlaufkosten in einem nachsichtigen regulatorischen Umfeld liegt, haben 0,30 mm immer noch einen berechtigten Platz.

Wählen Sie die Blechdicke, die nicht nur zu Ihrem Magnetdesign, sondern auch zu Ihren Prozessen, Lieferanten und dem Zeithorizont Ihrer Kunden passt. Der Stahl selbst ist nur die Hälfte der Geschichte. Die Art und Weise, wie Sie ihn schneiden, stapeln und spannen, entscheidet darüber, ob der theoretische Nutzen jemals das Datenblatt verlässt.