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Geschichteter Eisenkern für elektrische Geräte Die Erfindung bezieht sich auf geschichtete Eisenkerne für elektrische Geräte, insbesondere auf Kerne für Drosseln, deren Eisenkreis durch Spalte im Kernschenkel unterbrochen ist. Um Verluste und die Erwärmung solcher Magnetkerne in der Nachbarschaft der Spalte niedrig zu halten, müssen die Spalte verhältnismässig schmal gewählt werden, was wieder bedingt, dass eine grosse Spaltzahl vorzusehen ist.
Magnetkerne mit viel Spalten sind im Aufbau, insbesondere wenn die Schenkel kreuzförmigen oder gestuften Querschnitt haben, schwierig und mechanisch nicht stabil. Dabei ist besonders nachteilig, dass die Schenkellamellen mittels die Blechlamellen durchsetzende Spannbolzen verspannt werden müssen. Ein weiterer Nachteil solcher verspannter Kerne ist in dem von ihnen erzeugten hohen Geräusch zu sehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kernbauform für aus Blechlamellen aufgeschichtete Kerne anzugeben, die vor allem bei mit Spalten versehenen Kernschenkeln noch leicht und billig herstellbar ist und die hinsichtlich Geräuscherzeugung günstiger ist als die bisherigen, mit getreppten Kernschenkeln ausgeführten Kerne. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kernform anzugeben, deren Schenkelquerschnitt weitgehend der runden Schenkelquerschnittsform angepasst ist und somit einen guten Füllfaktor aufweist,
bei gleichzeitig geringem Blechabfall bei der Herstellung.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die beiden Kernjoche aus geschichteten Blechen mit gleicher Streifenbreite bestehen und dass die Schenkel je aus drei formgleich geschichteten Blechpaketteilsäulen, deren jede einen Parallelogrammquerschnitt mit 120 - und 160 -Winkeln an den Ecken aufweist und zu einer gleichseitigen sechseckigen Gesamtkernsäule, wobei jeweils die Schnittkanten der mit ihren aneinanderliegen- den Flächen im Schenkelachsrichtung liegenden Bleche des auf die äusserste Blechebene einer Teilsäule der Nachbarsäule stossen, zusammengesetzt sind.
Bei Kernen mit Spalten in den Schenkeln werden die Schenkel vorteilhaft aus einer Vielzahl gleichgearteter, in Schenkelachsrichtung unter Zwischenlage nichtmagnetischer und nichtmetallischer Distanzplatten aufeinandergeschichteter Säulenabschnitte, deren jeder wieder aus drei Teilsäulenstücken mit Parallelogrammform zusammengesetzt ist, aufgebaut, und die Säulenstapel können mit den Kernjochen mit Hilfe von die Joche und die Säulenabschnitte in darin mittig vorgesehenen Nuten durchsetzenden Spannbolzen zusammengepresst werden.
Kerne dieser Art haben wegen ihrer sechseckigen Querschnittsform der Schenkel einen weit besseren Füllfaktor als die herkömmlichen abgetreppten Kernschenkel. Wenn die Blechpaketsäulen der Schenkel miteinander und mit den benachbarten Distanzplatten gemäss einer Variante der Erfindung verklebt sind, ergibt sich eine Kernausführung, die auch hinsichtlich Geräuscherzeugung weit günstiger ist als die bisher geschichteten, mit Spannbolzen verspannten Kernformen, die bekanntlich auch in magnetischer Hinsicht wegen der Flussablenkung durch die Spannbolzenlöcher in den Blechlamellen ungünstig waren.
Werden beim erfindungsgemässen Kern die axialen Blechbreiten der Bleche in den einzelnen Säulenabschnitten gleichgross gemacht, dann können die sämtlichen benötigten Bleche abfallos aus einem Blechband abgeschnitten und zum Kern ohne weitere Bearbeitung, wie Löcherstanzen, Spannbolzeneinsetzen usw., zusam- mengesetzt werden. Das Aufschichten der in diesen, Parallelogrammform aufweisenden Teilblechpaketsäulen ist unschwer durchführbar, insbesondere wenn zum Aufschichten entsprechende Rahmen oder Formen verwendet werden, in denen gleichzeitig auch das Verkleben und Festaufeinanderpressen der Lamellen durchführbar
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ist.
Die Verklebung der Lamellen untereinanaer und die Verklebung der Teilblechpaketsäulen miteinander sowie mit den zwischen die Säulenabschnitte eingelegten Distanzplatten ergibt einen mechanisch äusserst stabilen Kernaufbau, der kaum zu Geräuschbildung neigt. Dadurch kann das Magnetblech höher als bisher ausgenutzt werden, ohne dass der zulässige Geräuschpegel überschritten wird. Diese Erscheinung erlaubt den Kern kleiner zu dimensionieren, was ausser einer Ersparnis an Magnetblech auch eine Ersparnis an leitendem Wicklungsmaterial mit sich bringt.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert: Die Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines nach der Erfindung hergestellten Kerns in perspektivischer Ansicht.
Die Fig. 2 und 3 zeigen in perspektivischer Darstellung je die drei zum Kernschenkelaufbau verwendeten Teilblechpaketsäulen Die Fig. 4 veranschaulicht einen Querschnitt durch einen zusammengebauten Kernschenkel.
Der in Fig. 1 gezeigte zweischenklige geschichtete Magnetkern 10 besitzt zwei Schenkel 12 und 14, die an ihren Enden von den beiden Jochteilen 16 und 18 überdeckt sind. Bei 19 ist strichpunktiert eine auf dem Kernschnkel aufbringbare Wicklung angedeutet. Die Kernschenkel 12 und 14 weisen in ihrem Magnetkreis Spalten auf. Demzufolge sind eine Vielzahl von Säulenabschnitten 50 in Schenkelachsrichtung unter Zwischenlage nichtmetallischer und nichtmagnetischer Distanzplatten 52 aufeinander gestapelt. Die Joche 16 und 18 sind in herkömmlicher Weise aus Blechen 20 aufgeschichtet, die alle die gleiche Streifenbreite aufweisen.
Die in der Jochpaketmitte liegenden Bleche sind gegen- über den übrigen Jochblechen bis auf den Achsabstand der beiden Schenkel 12 und 14 verkürzt, wodurch sich in den Jochen Nuten 22 für das Durchführen der die Kernschenkel mittig durchsetzenden Spannbolzen 24 und 26 ergeben. Für die Joche kann kernorientiertes Blech verwendet werden oder bei Drosselkernen auch warmgewalztes Magnetblech. Die Spannbolzen 24 und 26 sind aus einem geeigneten, nichtmagnetischen Material, z. B. aus unmagnetischem rostfreiem Stahl gefertigt und sie können von einem Isolierrohr umgeben sein.
Die Jochblechlamellen sind mittels auf die Jochaussenseiten aufgelegten Spannplatten 28 und 30 bzw. 32 und 34, die an den Jochstirnseiten entlang laufen, und die Spannplatten durchsetzenden Spannbolzen 36 verspannt. Die Spannplatten können aus Holz, Aluminium oder einem geeigneten nichtmagnetischen Material hergestellt sein. Das untere Joch 18 ruht samt seiner Verspanneinrich- tung auf daran befestigten Tragbalken 38 und 40.
An den oberen Spannplatten bzw. am oberen Joch sind Balken 42 und 44 befestigt, die mit Hubösen zum Anheben der Kernkonstruktion versehen sein können. Im Ausführungsbeispiel sind die Balken 38 und 40 sowie 42 und 44 mittels der sie durchsetzenden Spannbolzen 24 und 26 gehalten. Wenn die Tragbalken aus Metall gefertigt sind, dann müssen zwischen diesen und den anliegenden Jochpartien geeignete Isolierzwischenlagen 46 angebracht werden,
um ein Kurzschliessen der benachbarten Jochlamellen zu verhindern. Als Isolier- zwischenlagen können dazu blattförmige Isolierstücke oder auch Isolierharzüberzüge an den Balken dienen. Da die beiden Kernschenkel 12 und 14 gleichartig ausge- führt sind, wird nachstehend nur der Aufbau von Kernschenkel 12 unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 4 beschrieben: Der Schenkel 12 ist aufgebaut aus einer Vielzahl von in Kernschenkelachsrichtung übereinandergestapelter, aus Magnetblech aufgeschichteter Säulenabschnitte 50.
Diese Säulenabschnitte haben vorzugsweise alle gleiche axiale Höhe W, Fig. 2, sodass also für deren Herstellung nur eine einzige Blechbandbreite erforderlich ist. Die Blechlamellen eines jeden Säulenabschnittes haben rechteckige Form und sind so zusammengeschichtet, dass sie mit ihren aufeinanderliegenden Flächen in Schenkelachsrichtung und mit ihren längeren Schnittkanten in zu der Schenkelachse 51 senkrechten Ebenen liegen. Voneinander sind die Säulenabschnitte durch isolierende Distanzteile, z.
B. Isolierplatten 52 getrennt, die je nach dem infrage kommenden Verwendungsfall entsprechende Dicke aufweisen und zweckmässig aus Keramik, Glas, Harz oder geschichtetem Plastikmaterial bestehen können. Wichtig dabei ist, dass für die Isolierplatten 52 ein Material mit hohem Elastizitätsmodul gewählt wird und das Material den Drücken bei der Kernverspannung standzuhalten vermag.
Die einzelnen Blechlamellen der Säulenabschnitte sind in besonderer Weise geschichtet, um eine sechseckige Querschnittsform des Kernschenkels zu erreichen, dessen Füllfak- tor weitgehend dem runden Schenkelquerschnitt nahe- kommt. Jeder Säulenabschnitt besteht demzufolge aus drei Segmenten (Teilsäulen) 60, 62, 64 (s. Fig. 2 bis 4). Jedes Segment besteht wieder aus einer Vielzahl aneinander geschichteter rechteckiger Blechlamellen 66, die alle die gleiche Breite W in axialer Richtung des Kernschenkels haben, wobei aber die Blechlamellen bis auf wenige an die Schenkelachse 51 heranreichende Lamellen gleiche Länge haben.
Die aneinanderliegenden Blechlamellen jedes Segments sind in Richtung ihrer längeren Schnittkante so gegeneinander verschoben, dass sich ein parallelogrammartiges Gebilde ergibt, das zwei Winkel von 120 und zwei Winkel von 60 hat (s. Fig. 4). Die Schichtung dieser parallelogrammförmigen Segmente 60, 62, 64 wird zweckmässig in einem geeigneten Halterahmen vorgenommen in dem dann insbes. auf die Stirnseiten der Segmente ein Klebemittelauftrag 82, wie in Fig. 2 nur partiell angedeutet, z. B. ein Epoxydharz- auftrag aufgebracht wird, um die Lamellen miteinander zu verkleben.
Dabei wird der Lamellenstapel bis zur Erhärtung des Klebemittels gepresst. Drei in der vorgenannten Weise hergestellte Segmente 60, 62, 64 werden mit ihren 120 -Winkeln aneinanderstossend zu einem sechseckigen Säulenabschnitt zusammengesetzt. Die Öffnung 70 für das Hindurchführen eines den Kernschenkel durchsetzenden Bolzens 24 (s.
Fig. 1) ist dadurch geschaffen, dass die der S chenkelachse benachbarten Blechlamellenenden jedes der drei Segmente mit verkürzter Länge L2 gegenüber der Länge L1 der übrigen Lamellen ausgeführt ist. Die dabei in jedem der drei Segmente erhaltenen Nuten 72, 74, 76 ergeben beim Zusammensetzen der drei Segmente ein sechseckiges Durchtrittsloch 70 für den Spannbolzen 24. Die Grösse der Nuten ist dabei entsprechend dem Durchmesser des Kernschenkelspannbolzens 24 bzw. dem Durchmesser- des diesen umgebenden Isolierrohres 80 zu wählen.
Selbstverständlich brauchen die drei Kernsegmente nicht in der vorbeschriebenen Weise für sich hergestellt werden, um dann zur Gesamtsäule zusammengebaut werden zu können. Es können vielmehr die drei Segmente auch zusammen aufgeschichtet werden, indem die Blechlamellen z. B. in einem Ringrohr aufgeschichtet werden.
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Dabei kann das Klebemittel für die Lamellen den ganzen Rohrinnenraum mit ausfüllen. Die Distanzstücke 52, die. zwischen den einzelnen Säulenabschnitten einzubringen sind, haben die gleiche sechseckige Querschnittsform wie die Säulenabschnitte 50 und besitzen auch mittig ein entsprechendes Durchgangsloch 102.
Beim Aufbau des Kernschenkels werden die Oberflächen der Distanzstük- ke 52 mit Klebemitteln versehen und ebenso die Oberflächen der drei zusammenzusetzenden Teilpaketsäulen und auch die aneinanderstossenden Seitenflächen werden mit einem Klebemittelauftrag versehen. Hiermit ergibt sich ein mechanisch fester Kernschenkel, nachdem dieser mittels der Spannbolzen 24, 26 bis zum Erhärten des Klebemittels gepresst ist. Zwischen dem unteren sowie obern Joch und den Schenkelendflächen sind je Isolierzwischenlagen 88 bzw. 90 anzubringen.
Die Aufeinanderschichtung der Säulenabschnitte übereinander geschieht mit abwechselnder Verdrehung der Säulenabschnitte gegeneinander um 60 um die Schenkelachse, sodass die Blechlamellen der einander benachbarten Säulenabschnitte sich praktisch kreuzen. Als besonders geeignetes Klebemittel wurde Epichlorhydrin mit Bisphenol A und Zugabe von feinverteiltem Füllstoff und Katalysator gefunden. Dieses Klebemittel hat eine ausreichende Topfzeit und eine Konsistenz, die das Auslaufen verhindert. Als Füllstoffe eignen sich in besonderem Masse gefälltes Calciumcarbonnat mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von 10 micron, während als Katalysator Diäthylaminopropylamine geeignet sind.
Eine beispielsweise günstige Zusammensetzung des Klebemittels enthält 200 gr Epichlorhydrin / Bis-phenol Epoxydharz, 130 gr Calciumcarbid und 16 gr Diäthyla- minoprop-ylamin. Die Anteile des Füllstoffes und des Katalysators können selbstverständlich je nach der Vis- cosität des benutzten Epoxydharzes verändert werden, wenn ein bestimmtes Zeittemperaturhärtungsverhältnis gewünscht wird.
Nachdem der gesamte Kern, also Joche und Schenkel aufgebaut und die Schenkelteile miteinander verklebt sind und mittels der Spannbolzen während des Verklebens gepresst sind, wird in herkömmlicher Weise das obere Joch wieder abgehoben und nach Aufbringen der Wicklung 19 wieder aufgesetzt und befestigt.
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Layered iron core for electrical devices The invention relates to layered iron cores for electrical devices, in particular to cores for chokes, the iron circuit of which is interrupted by gaps in the core leg. In order to keep losses and the heating of such magnetic cores in the vicinity of the gaps low, the gaps must be chosen to be relatively narrow, which again means that a large number of gaps must be provided.
Magnetic cores with a large number of gaps are difficult and mechanically not stable to construct, especially if the legs have a cross-shaped or stepped cross-section. It is particularly disadvantageous that the leg lamellas must be braced by means of clamping bolts penetrating the sheet metal lamellae. Another disadvantage of such strained cores can be seen in the high level of noise they generate.
The object of the invention is to provide a core design for cores stacked up from sheet metal lamellas, which can be produced easily and cheaply, especially with core legs provided with gaps, and which is cheaper in terms of noise generation than the previous cores made with stepped core legs. Another object of the invention is to provide a core shape whose leg cross-section is largely adapted to the round leg cross-sectional shape and thus has a good fill factor,
with little sheet metal waste at the same time.
According to the invention, this is achieved in that the two core yokes consist of layered sheets of sheet metal with the same strip width and that the legs each consist of three sheet-metal packet column columns, each of which has a parallelogram cross-section with 120 and 160 angles at the corners and an equilateral hexagonal one Overall core column, the cut edges of the metal sheets lying with their adjacent surfaces in the direction of the leg axis abutting the outermost sheet metal plane of a sub-column of the neighboring column are put together.
In the case of cores with gaps in the legs, the legs are advantageously built up from a large number of similar column sections stacked one on top of the other in the leg axis direction with the interposition of non-magnetic and non-metallic spacer plates, each of which is composed of three partial column pieces with a parallelogram shape, and the column stacks can be assembled with the core yokes with the help of the yokes and the column sections are pressed together in clamping bolts penetrating through grooves provided in the center.
Because of the hexagonal cross-sectional shape of the legs, cores of this type have a far better fill factor than the conventional stepped core legs. If the laminated core columns of the legs are glued to each other and to the adjacent spacer plates according to a variant of the invention, the result is a core design that is also far more favorable in terms of noise generation than the previously layered core shapes clamped with clamping bolts, which are known also in magnetic terms because of the flux deflection due to the clamping bolt holes in the sheet metal lamellas.
If the axial sheet widths of the sheets in the individual column sections are made the same size in the core according to the invention, then all of the sheets required can be cut from a sheet metal strip without waste and put together to form the core without further processing, such as punching holes, inserting clamping bolts, etc. The stacking of the parallelogram-shaped partial laminated core columns is easy to carry out, especially if appropriate frames or shapes are used for stacking, in which the lamellas can also be glued and pressed together at the same time
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is.
The gluing of the lamellas to one another and the gluing of the laminated core columns to one another and to the spacer plates inserted between the column sections result in a mechanically extremely stable core structure which hardly tends to generate any noise. This means that the magnetic sheet can be used to a greater extent than before without exceeding the permissible noise level. This phenomenon allows the core to be dimensioned smaller, which, in addition to saving on magnetic sheet metal, also means saving on conductive winding material.
The invention is explained, for example, with reference to the drawing: FIG. 1 shows the overall structure of a core manufactured according to the invention in a perspective view.
2 and 3 each show, in perspective representation, the three partial laminated core columns used to build up the core leg. FIG. 4 illustrates a cross section through an assembled core leg.
The two-legged, layered magnetic core 10 shown in FIG. 1 has two legs 12 and 14 which are covered at their ends by the two yoke parts 16 and 18. At 19, dash-dotted lines indicate a winding that can be applied to the core shank. The core legs 12 and 14 have gaps in their magnetic circuit. Accordingly, a large number of column sections 50 are stacked on top of one another in the direction of the leg axis with the interposition of non-metallic and non-magnetic spacer plates 52. The yokes 16 and 18 are stacked in a conventional manner from metal sheets 20, all of which have the same strip width.
The sheets in the center of the yoke package are shortened to the center distance of the two legs 12 and 14 compared to the other yoke sheets, which results in grooves 22 in the yokes for the clamping bolts 24 and 26 passing through the center of the core legs. Core-oriented sheet metal can be used for the yokes, or hot-rolled magnetic sheet metal for throttle cores. The clamping bolts 24 and 26 are made of a suitable, non-magnetic material, e.g. B. made of non-magnetic stainless steel and they can be surrounded by an insulating tube.
The yoke lamellas are clamped by means of clamping plates 28 and 30 or 32 and 34 placed on the yoke outer sides, which run along the yoke front sides, and clamping bolts 36 which penetrate the clamping plates. The clamping plates can be made of wood, aluminum or a suitable non-magnetic material. The lower yoke 18, together with its bracing device, rests on support beams 38 and 40 attached to it.
Beams 42 and 44 are attached to the upper clamping plates or the upper yoke, which can be provided with lifting eyes for lifting the core structure. In the exemplary embodiment, the bars 38 and 40 as well as 42 and 44 are held by means of the clamping bolts 24 and 26 which penetrate them. If the supporting beams are made of metal, then suitable intermediate insulating layers 46 must be attached between them and the adjacent yoke parts,
to prevent short-circuiting of the neighboring yoke lamellas. Sheet-shaped insulating pieces or insulating resin coatings on the beams can serve as insulating intermediate layers. Since the two core legs 12 and 14 are designed in the same way, only the structure of the core leg 12 is described below with reference to FIGS. 2, 3 and 4: The leg 12 is made up of a large number of stacked sheets of magnetic sheet metal that are stacked in the axis of the core leg Pillar sections 50.
These column sections preferably all have the same axial height W, FIG. 2, so that only a single sheet metal strip width is required for their production. The sheet metal lamellas of each pillar section have a rectangular shape and are layered together in such a way that they lie with their surfaces lying on top of one another in the direction of the leg axis and with their longer cutting edges in planes perpendicular to the leg axis 51. The column sections are separated from one another by insulating spacers, e.g.
B. insulating plates 52 separated, which depending on the application in question have appropriate thickness and can conveniently consist of ceramic, glass, resin or layered plastic material. It is important that a material with a high modulus of elasticity is selected for the insulating plates 52 and that the material is able to withstand the pressures when the core is tensioned.
The individual sheet metal lamellas of the column sections are layered in a special way in order to achieve a hexagonal cross-sectional shape of the core leg, the fill factor of which largely approximates the round leg cross-section. Each column section accordingly consists of three segments (partial columns) 60, 62, 64 (see FIGS. 2 to 4). Each segment again consists of a plurality of stacked rectangular sheet metal lamellas 66, all of which have the same width W in the axial direction of the core leg, but the sheet metal lamellae have the same length except for a few lamellae reaching the leg axis 51.
The adjacent sheet metal lamellas of each segment are shifted in relation to one another in the direction of their longer cutting edge so that a parallelogram-like structure results which has two angles of 120 and two angles of 60 (see FIG. 4). The stratification of these parallelogram-shaped segments 60, 62, 64 is expediently carried out in a suitable holding frame in which an application of adhesive 82 then in particular on the end faces of the segments, as only partially indicated in FIG. B. an epoxy resin is applied to glue the slats together.
The stack of lamellas is pressed until the adhesive hardens. Three segments 60, 62, 64 produced in the aforementioned manner are put together with their 120 angles abutting one another to form a hexagonal column section. The opening 70 for the passage of a bolt 24 passing through the core leg (see Fig.
Fig. 1) is created in that the sheet metal lamella ends adjacent to the thigh axis of each of the three segments is designed with a shorter length L2 compared to the length L1 of the remaining lamellae. The grooves 72, 74, 76 obtained in each of the three segments result in a hexagonal through hole 70 for the clamping bolt 24 when the three segments are put together. The size of the grooves corresponds to the diameter of the core-leg clamping bolt 24 or the diameter of the insulating tube surrounding it 80 to choose.
Of course, the three core segments do not need to be produced individually in the manner described above in order to then be able to be assembled to form the entire column. Rather, the three segments can be stacked together by the sheet metal lamellae z. B. be stacked in a ring tube.
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The adhesive for the lamellas can also fill the entire interior of the pipe. The spacers 52 that. to be introduced between the individual column sections have the same hexagonal cross-sectional shape as the column sections 50 and also have a corresponding through hole 102 in the center.
During the construction of the core leg, the surfaces of the spacers 52 are provided with adhesives and also the surfaces of the three partial package columns to be assembled and also the abutting side surfaces are provided with an application of adhesive. This results in a mechanically strong core leg after it has been pressed by means of the clamping bolts 24, 26 until the adhesive hardens. Between the lower and upper yoke and the leg end surfaces, insulating layers 88 and 90 are to be attached.
The pillar sections are stacked one on top of the other with alternating rotation of the pillar sections against each other by 60 about the leg axis, so that the sheet-metal lamellas of the adjacent pillar sections practically cross each other. Epichlorohydrin with bisphenol A and the addition of finely divided filler and catalyst has been found to be a particularly suitable adhesive. This adhesive has sufficient pot life and a consistency that prevents leakage. Precipitated calcium carbonate with an average particle size of 10 microns are particularly suitable as fillers, while diethylaminopropylamines are suitable as catalysts.
An example of a favorable composition of the adhesive contains 200 grams of epichlorohydrin / bis-phenol epoxy resin, 130 grams of calcium carbide and 16 grams of diethylamino propylamine. The proportions of the filler and the catalyst can of course be changed depending on the viscosity of the epoxy resin used, if a certain time-temperature curing ratio is desired.
After the entire core, i.e. yokes and legs, have been built up and the leg parts have been glued together and pressed by means of the clamping bolts during gluing, the upper yoke is lifted off again in a conventional manner and put back on and fastened after the winding 19 has been applied.