Title:
Induktives Bauelement, stromkompensierte Drossel und Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelements
Kind Code:
A1


Abstract:

Es wird ein induktives Bauelement vorgeschlagen, das einen eine Innenöffnung ringförmig umschließenden Ringkern aus weichmagnetischem Material und mindestens zwei durch die Innenöffnung hindurch den Ringkern weniger als vollständig umschließenden, elektrisch leitenden Leiterstücken mit jeweils zwei Leiterendabschnitten aufweist. Die Leiterendabschnitte sind parallel zueinander und senkrecht zum Ringkern von diesem weggeführt und mindestens eine Wicklung bildend miteinander elektrisch verbunden. Die Leiterendabschnitte sind außerhalb der Innenöffnung und außerhalb einer gedachten Verlängerung der Innenöffnung in axialer Richtung angeordnet. Außerdem wird ein Herstellverfahren für ein solches induktives Bauelement sowie eine stromkompensierte Drossel vorgestellt.




Inventors:
Hundt, Harald (64807, Dieburg, DE)
Trabold, Klemens (63820, Elsenfeld, DE)
Stuwe, Björn (63571, Gelnhausen, DE)
Application Number:
DE102016210746A
Publication Date:
12/21/2017
Filing Date:
06/16/2016
Assignee:
Vacuumschmelze GmbH & Co. KG, 63450 (DE)
Domestic Patent References:
DE202004013663U1N/A2004-11-11
DE3434497A1N/A1986-03-20
DE3832659A1N/A
DE8016996U1N/A



Foreign References:
41032671978-07-25
Attorney, Agent or Firm:
Westphal, Mussgnug & Partner Patentanwälte mit beschränkter Berufshaftung, 81541, München, DE
Claims:
1. Induktives Bauelement mit
einem eine Innenöffnung ringförmig umschließenden Ringkern aus weichmagnetischem Material und
mindestens zwei durch die Innenöffnung hindurch den Ringkern weniger als vollständig umschließenden, elektrisch leitenden Leiterstücken mit jeweils zwei Leiterendabschnitten, wobei
die Leiterendabschnitte parallel zueinander und senkrecht zum Ringkern von diesem weggeführt und mindestens eine Wicklung bildend miteinander elektrisch verbunden sind und
die Leiterendabschnitte außerhalb der Innenöffnung und außerhalb einer gedachten Verlängerung der Innenöffnung in axialer Richtung angeordnet sind.

2. Bauelement nach Anspruch 1, das zudem eine elektrisch isolierende Trägerplatte mit Bohrungen und elektrisch leitenden Strukturen zumindest im Umfeld der Bohrungen aufweist, wobei die Leiterendabschnitte der Leiterstücke durch die Bohrungen geführt sind und über die elektrisch leitenden Strukturen mindestens eine Wicklung bildend miteinander elektrisch verbunden sind.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest eines der Leiterstücke jeweils eine u-förmige Grundform aufweist mit einem der Innenöffnung zugewandten inneren Schenkel und einem der Innenöffnung abgewandten äußeren Schenkel, wobei der innere Schenkel einen Schenkelendabschnitt aufweist, der von der Innenöffnung weg zunächst in Richtung des äußeren Schenkels und dann im Bereich der Leiterendabschnitte parallel zum äußeren Schenkel verläuft.

4. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Leiterendabschnitte jeweils eines Leiterstückes in Umfangsrichtung des Ringkerns voneinander beabstandet sind.

5. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Leiterendabschnitte jeweils eines Leiterstückes in radialer Richtung des Ringkerns voneinander beabstandet sind.

6. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, das eine erste Wicklung mit ersten Leiterstücken und eine zweite Wicklung mit zweiten Leiterstücken aufweist, wobei die ersten Leiterstücke punktsymmetrisch bezüglich des geometrischen Mittelpunkts des Ringkerns zu den entsprechenden zweiten Leiterstücken angeordnet sind.

7. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Leiterstücke zumindest teilweise einen runden, ovalen, halbkreisförmigen, kreissektorförmigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben.

8. Bauelement nach Anspruch 7, bei dem die Leiterstücke zumindest innerhalb der Innenöffnung des Ringkerns einen kreissektorförmigen Querschnitt haben.

9. Bauelement nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Leiterstücke zumindest außerhalb der Innenöffnung des Ringkerns einen abgeflachten kreisförmigen Querschnitt haben.

10. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, das zudem eine einteilige oder zweiteilige Umhüllung aus nichtleitendem, nichtmagnetischen Werkstoff aufweist, die zwischen den Leiterstücken und dem Ringkern angeordnet ist und den Ringkern vollständig oder teilweise umschließt.

11. Bauelement nach Anspruch 10, bei dem die Umhüllung aus einem aufgeschmolzenen Pulver aus Kunststoff besteht.

12. Bauelement nach Anspruch 11, bei dem der Kunststoff ein Thermoplast oder Duroplast ist oder aufweist.

13. Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Umhüllung zwei Halbschalen aufweist.

14. Bauelement nach Anspruch 13, bei dem die zwei Halbschalen sich an den Nahtstellen überlappen und durch den Ringkern formschlüssig geführt sind.

15. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Ringkern oder die Umhüllung Führungselemente aufweist, die dazu ausgebildet sind, die Leiterstücke zu führen, zu fixieren und/oder voneinander zu trennen.

16. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Ringkern aus einem weichmagnetischen Band gewickelt ist.

17. Bauelement nach Anspruch 16, bei dem das weichmagnetische Band eine amorphe oder nanokristalline Legierung aufweist.

18. Bauelement nach Anspruch 17, bei dem das weichmagnetische Band eine Permeabilität von mindestens 40000μ aufweist.

19. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Leiterstücke aus elektrisch isoliertem Kupferdraht gefertigt sind.

20. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Leiterstücke im Bereich der Leiterendabschnitte sich zu den Enden hin im Querschnitt verjüngen.

21. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, das mindestens ein zusätzliches Leiterstück mit zwei Leiterendabschnitten aufweist, von denen ein Leiterendabschnitt innerhalb der Innenöffnung oder innerhalb einer gedachten Verlängerung der Innenöffnung angeordnet ist.

22. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Innenöffnung mit darin befindlichen Leiterstücken vergossen oder verklebt ist.

23. Stromkompensierte Drossel mit
einem eine Innenöffnung ringförmig umschließenden Ringkern aus weichmagentischem Material und
mindestens zwei durch die Innenöffnung hindurch den Ringkern weniger als vollständig umschließenden, elektrisch leitenden Leiterstücken mit jeweils zwei Leiterendabschnitten, wobei
die Leiterendabschnitte parallel zueinander und senkrecht zum Ringkern von diesem weggeführt geführt und zwei Wicklungen bildend miteinander elektrisch verbunden sind und
die Leiterendabschnitte außerhalb der Innenöffnung und außerhalb einer gedachten axialen Verlängerung der Innenöffnung angeordnet sind.

24. Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelementes mit einem eine Innenöffnung ringförmig umschließenden Ringkern aus weichmagentischem Material und mindestens zwei durch die Innenöffnung hindurch den Ringkern weniger als vollständig umschließenden, elektrisch leitenden Leiterstücken mit jeweils zwei Leiterendabschnitten, bei dem die Leiterendabschnitte parallel zueinander und senkrecht zum Ringkern von diesem weggeführt und mindestens eine Wicklung bildend miteinander elektrisch verbunden sind und die Leiterendabschnitte außerhalb der Innenöffnung und außerhalb einer gedachten axialen Verlängerung der Innenöffnung angeordnet sind, wobei das Verfahren aufweist:
Einführen von jeweils zu einem der Leiterendabschnitte hin S-förmig gebogenen Leiterstücken in die Innenöffnung des Ringkerns;
Umbiegen der Leiterstücke zu einer U-Form zu den anderen der Leiterabschnitte hin; und
Verbinden der Leiterendabschnitte zu der mindestens einen Wicklung.

Description:

Die Erfindung betrifft induktive Bauelemente, insbesondere stromkompensierte Drosseln, sowie Verfahren zum Herstellen von induktiven Bauelementen.

Induktive Bauelemente wie beispielsweise Drosseln kommen häufig bei der Entstörung von elektrischen und elektronischen Schaltungen zum Einsatz. Üblicherweise haben Drosseln einen Kern, auf dem eine oder mehrere Windungen eines elektrischen Leiters, wie etwa Draht, aufgebracht sind. Drosseln werden hauptsächlich zur Entstörung verwendet, weshalb sie häufig auch als Entstördrosseln bezeichnet werden. Eine weit verbreitete Unterart von Entstördrosseln, beispielsweise zur Unterdrückung von gleichsinnig in Hin- und Rückleitungen auftretenden Störströmen, sind stromkompensierte Drosseln, die auch unter der Bezeichnung „Gleichtaktdrosseln“ (Common Mode Chokes) bekannt sind. Stromkompensierte Drosseln zeichnen sich durch mehrere, insbesondere eine gerade Anzahl gleicher und gegensinnig vom Arbeitsstrom durchflossener Wicklungen aus. Als Konsequenz heben sich bei idealen, zueinander völlig symmetrischen Wicklungen mit gleicher Windungszahl, gleichem Sektor und gleicher Drahtführung die magnetischen Felder der einzelnen Wicklungen im Magnetkern der Drossel auf, so dass die Drossel für den Arbeitsstrom eine geringe Induktivität aufweist, während die Induktivität der Drossel für die gleichsinnig auftretenden Störströme hoch ist. Abweichungen von einer idealen Bauform, wie dies beispielsweise bei nicht völlig symmetrischen Wicklungen der Fall ist, führen mit steigender Frequenz des Arbeitsstroms zu unerwünschten Verlusten.

Die Auslegung stromkompensierter Drosseln unterliegt einer Vielzahl von Randbedingungen. Um die ohmschen Verluste gering zu halten, werden die für die Wicklung verwendeten Drähte möglichst dick ausgelegt. Um hohe Induktivitäten für gleichsinnige Störströme zu erreichen, werden die Wicklungen häufig auf einen ringförmigen Magnetkern (Ringkern) aufgebracht. Der Ringkern sollte zum Zwecke der Platzersparnis möglichst klein sein, andererseits sollten die einzelnen Wicklungen aber möglichst viele Windungen aufweisen, was eine gewisse Größe erfordert. Es ist also wünschenswert, in einer vom Ringkern umschlossenen Innenöffnung eine möglichst hohe Packungsdichte der Drähte zu erzielen, ohne dabei aber die galvanische Trennung zwischen den Windungen zu beeinträchtigen.

Um die einzelnen Windungen besser positionieren zu können, werden häufig U-förmige Leiterbügel in Verbindung mit gedruckten, also Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatten verwendet. Dabei wird der Ringkern auf der Leiterplatte angeordnet und es werden U-förmige, elektrisch leitende Leiterbügel den Ringkern umschließend in durchgehende Öffnungen (Bohrungen) der Leiterplatte gesteckt und in einem nachfolgenden Lötprozess mit Leiterbahnen der Leiterplatte verlötet. Die Leiterplatten können anstelle von einschichtigen auch zwei- und mehrschichtige Leiterbahnstrukturen mit metallisierten Hülsen in den Bohrungen aufweisen. Zwischen Leiterbügel und Hülse ist dabei ein umlaufender Spalt erforderlich, der einerseits für die Montage des Leiterbügels erforderlich ist und andererseits den Durchstieg des Lotes beim Löten ermöglicht. Zudem ist insbesondere im Bereich der Bohrungen eine gewisse Mindestbreite der Leiterbahnen notwendig, was wiederum einen gewissen Abstand zwischen den Leiterbügeln in der Innenöffnung des Ringkerns erfordert.

Ein derart aufgebautes induktives Bauelement ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 3434497 A1, der amerikanischen Patentschrift US 4,103,267 und der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2004 013 663 U1 beschrieben. Wie in 1 dargestellt, kann dabei ein Ringkern 101 beispielsweise von sechs U-förmigen Leiterbügeln 102 teilweise umschlossen sein, deren Schenkelenden jeweils in Lötaugen 103 einer Leiterplatte 104 enden. Als Lötauge wird ein Abschnitt einer strukturierten Metallisierungsschicht auf einer Leiterplatte verstanden, wobei die Metallisierung bis zur Bohrung reicht und sich auch in diese fortsetzen kann, sodass sie auch die Bohrungswand ganz oder teilweise umgibt. Beim vorliegenden Beispiel umfassen Lötaugen103 Bohrungen, welche Leiterendabschnitte der Leiterbügel 102 aufnehmen, wobei die Lötaugen 103 Teil von in oder auf der Leiterplatte befindlichen, elektrisch leitenden Leiterbahnstrukturen 105 sind. Bei dem gezeigten Beispiel werden zwei Wicklungen mit jeweils drei Windungen realisiert, also insgesamt sechs Leiterendabschnitte, die im Bereich der Innenöffnung des Ringkerns 101 auf der Leiterplatte 105 zu verlöten sind.

Gemäß 2 verdeutlicht die Draufsicht auf die unbestückte Leiterplatte, wie groß die Lötaugen mindestens sein müssen, um die Ausbildung ausreichender Lotmenisken auf den Lötaugen zu ermöglichen, und wie groß der Abstand zwischen den Lötaugen sein muss, um keinen Kurzschluss zwischen den einzelnen Lötaugen beispielsweise durch eine Lotbrücke beim Löten zu riskieren. Der erforderliche Abstand zwischen zwei Leiterbügeln in der Innenöffnung des Ringkerns liegt häufig im Bereich von mindestens einem Bügeldurchmesser. Wie daraus zu ersehen ist, ist bei dieser Anordnung die Packungsdichte der Drahtbügel in der Innenöffnung sehr begrenzt. Es besteht daher der Wunsch, die Packungsdichte von Leiterbügeln in den Innenöffnungen von Ringkernen zu erhöhen.

Es wird hierzu ein induktives Bauelement vorgeschlagen, das einen eine Innenöffnung ringförmig umschließenden Ringkern aus weichmagnetischem Material und mindestens zwei durch die Innenöffnung hindurch den Ringkern weniger als vollständig umschließenden, elektrisch leitenden Leiterstücken mit jeweils zwei Leiterendabschnitten aufweist. Die Leiterendabschnitte sind parallel zueinander und senkrecht zum Ringkern von diesem weggeführt und mindestens eine Wicklung bildend miteinander elektrisch verbunden. Die Leiterendabschnitte sind außerhalb der Innenöffnung und außerhalb einer gedachten Verlängerung der Innenöffnung in axialer Richtung angeordnet.

Weiterhin wird eine stromkompensierte Drossel vorgeschlagen, welche einen eine Innenöffnung ringförmig umschließenden Ringkern aus weichmagnetischem Material und mindestens zwei durch die Innenöffnung hindurch den Ringkern weniger als vollständig umschließenden, elektrisch leitenden Leiterstücken mit jeweils zwei Leiterendabschnitten aufweist. Die Leiterendabschnitte sind parallel zueinander und senkrecht zum Ringkern von diesem weggeführt und zwei Wicklungen bildend miteinander elektrisch verbunden. Die Leiterendabschnitte sind außerhalb der Innenöffnung und außerhalb einer gedachten Verlängerung der Innenöffnung in axialer Richtung angeordnet.

Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauelementes mit einem eine Innenöffnung ringförmig umschließenden Ringkern aus weichmagentischem Material und mindestens zwei durch die Innenöffnung hindurch den Ringkern weniger als vollständig umschließenden, elektrisch leitenden Leiterstücken mit jeweils zwei Leiterendabschnitten, bei denen die Leiterendabschnitte parallel zueinander und senkrecht zum Ringkern von diesem weggeführt geführt und mindestens eine Wicklung bildend miteinander elektrisch verbunden sind und die Leiterendabschnitte außerhalb der Innenöffnung und außerhalb einer gedachten axialen Verlängerung der Innenöffnung angeordnet sind, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Einführen von jeweils zu einem der Leiterendabschnitte hin S-förmig gebogenen Leiterstücken in die Innenöffnung des Ringkerns, ein Umbiegen der Leiterstücke zu einer U-Form zu den anderen der Leiterabschnitte hin, und ein Verbinden der Leiterendabschnitte zu der mindestens einen Wicklung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigt:

1 in einer dreidimensionalen Darstellung ein induktives Bauelement mit aus U-förmigen Drahtbügeln und einer strukturierten Leiterplatte gebildeten Wicklungen um einen Ringkern,

2 in Draufsicht die Leiterplatte, die bei dem in 1 gezeigten induktiven Bauelement verwendet wird,

3 in einer Seitenansicht ein U-förmig gebogenes, elektrisch leitendes Leiterstück, bei dem ein Schenkel zudem S-förmig in Richtung des anderen Schenkels gebogen ist (Ω-förmiges Leiterstück),

4 in Draufsicht das in 3 gezeigte Leiterstück, bei dem die Leiterendabschnitte in radialer Richtung des Ringkerns voneinander beabstandet sind,

5 in Draufsicht das in 3 gezeigte Leiterstück, bei dem die Leiterendabschnitte in Umfangsrichtung des Ringkerns voneinander beabstandet sind,

6 in Draufsicht eine Leiterplatte zur Verwendung in Kombination mit in den 3 bis 5 gezeigten Leiterstücken,

7 in Draufsicht die Unterseite einer beispielhaften Anordnung mit einem Ringkern und sechs in den 3 bis 5 gezeigten Leiterstücken zum Einsetzen in die in 6 gezeigte Leiterplatte,

8 in Seitenansicht die in 7 gezeigte Anordnung,

9 in Draufsicht die Oberseite der Anordnung, deren Unterseite in 7 dargestellt ist,

10 in Draufsicht eine alternative Anordnung mit U-förmigen und Ω-förmigen Leiterstücken,

11 in Seitenansicht die in 10 gezeigte Anordnung,

12 in Seitenansicht die in 11 gezeigte Anordnung um 90° um die Achse des Ringkerns gedreht,

13 in Seitenansicht ein U-förmiges und ein Ω-förmigen Leiterstück,

14 in einer dreidimensionalen Darstellung ein induktives Bauelement mit gekapseltem Ringkern,

15 in Draufsicht eine alternative Anordnung mit gegenüber 7 nicht kreissegmentförmigem Querschnitt der Leiterstücke in der Innenöffnung des Ringkerns und an den beiden Stirnseiten mit Blick auf die Drahtenden (von unten)

16 in Seitenansicht die in 15 gezeigte Anordnung,

17 in Draufsicht die in 15 gezeigte Anordnung mit nicht kreisförmigem Querschnitt der Leiterstücke mit Blick auf die Bügel (von oben)

18 in Seitenansicht ein Ω-förmiges Leiterstück mit unterschiedlichen Leiterquerschnitten.

3 zeigt ein U-förmig ausgebildetes, elektrisch leitendes Leiterstück 301 mit jeweils zwei Leiterendabschnitten 302 und 303, von denen der eine Leiterendabschnitt 302 nach der Montage an einem Ringkern an dessen Außenumfang angeordnet werden soll und dessen anderer Leiterendabschnitt 303, der durch die Innenöffnung eines Ringkerns (nicht gezeigt) geführt werden soll, S-förmig in Richtung des Leiterendabschnittes 302 gebogen ist. Das bedeutet, dass der in eine Bohrung in einer Leiterplatte (nicht gezeigt) einzuführende Teil des Lei- terendabschnitts 303 im Wesentlichen parallel zum Leiterendabschnitt 302 verläuft, was einer Versetzung des jeweiligen Leiterendabschnitts und damit eines zugehörigen Lötauges zum Außenumfang des Ringkerns hin bedeutet. Die Versetzung des jeweiligen Leiterendabschnitts kann dabei auf einer Linie in radialer Richtung vom Mittelpunkt des Ringkerns weg verlaufen wie in 4 dargestellt. Die parallel verlaufenden Leiterendabschnitte 302 und 303 sind dabei in radialer Richtung des Ringkerns voneinander beabstandet. Alternativ oder zusätzlich können die Leiterendabschnitte 301 und 302 in Umfangsrichtung des Ringkerns voneinander beabstandet sein. Darüber hinaus sind auch Mischformen der in den 4 und 5 gezeigten Formen möglich. Die in den 3 bis 5 gezeigten Formen sowie Abwandlungen davon werden im Folgenden auch als Ω-förmige Leiterstücke bezeichnet.

Die in 5 gezeigte Anordnung der Leiterendabschnitte 302 und 303 erlaubt eine sehr ökonomische Anordnung der Lötaugen wie dies in 6 für zwei Wicklungen einer stromkompensierten Drossel dargestellt ist. Auf einer Leiterplatte 601 sind Leiterstrukturen aufgebracht, die im gezeigten Fall auf einander gegenüberliegenden Kanten der Leiterplatte 601 zu entsprechenden Lötaugen 602 bis 605 führende Anschlussleitungen aufweisen. Des Weiteren sind Lötaugen 606 bis 613 vorgesehen, die ebenso wie die Lötaugen 602 bis 605 entlang einer gedachten Kreislinie angeordnet sind. Beginnend mit dem Lötauge 602, das in Verbindung mit der entsprechenden Leiterstruktur eine der Anschlussleitungen einer Wicklung bildet, folgen dann in etwa gleichem Abstand entlang der gedachten Kreislinie zwei Lötaugen 606 und 607, die elektrisch miteinander verbunden sind, sowie elektrisch isoliert davon die Lötaugen 608 und 609, die miteinander elektrisch verbunden sind. Es folgt davon elektrisch isoliert und entsprechend beabstandet das Lötauge 603, das die andere Anschlussleitung bildet. Die Lötaugen 602, 603 und 606 bis 609 belegen dabei die Hälfte der gedachten Kreislinie. Die andere Hälfte der Kreislinie ist entsprechend ausgebildet und umfasst die Lötaugen 604, 605 und 610 bis 613. Wie zu erkennen ist, ist die gedachte Kreislinie deutlich größer im Durchmesser als die als strichpunk- tierte Linie 614 dargestellte (gedachte axiale Verlängerung der) Innenöffnung eines beispielhaften Ringkerns, was einen größeren Umfang und damit mehr Spielraum für die Positionierung der Lötaugen bietet. Ein wie in 5 dargestelltes Leiterstück 301 würde dann beispielsweise in die Leiterplatte 601 derart eingesteckt werden, dass der Leiterendabschnitt 302 in die Bohrung des Lötauges 602 und der Leiterendabschnitt 303 in das Lötauge 606 eingesteckt wird. Weitere Leiterstücke 301 sind entsprechend in die Lötaugenpaare 607 und 608 bzw. 609 und 603 eingesteckt. Die zweite Wicklung ist in gleicher Weise aufgebaut.

7 zeigt einen Magnetkern 701 bestückt mit sechs Leiterstücken 702 bis 707 zur Verwendung mit einer Leiterplatte 601 wie in 6 gezeigt. Die Leiterstücke 702 bis 707 sind dabei im Wesentlichen so ausgebildet wie in 5 gezeigt. Wie aus 7 zu ersehen ist, sind die beiden Leiterendabschnitte jeweils eines Leiterstücks 702 außerhalb des äußeren Umfangs des Ringkerns 701 angeordnet und erlauben somit in der Innenöffnung 708 des Ringkerns 701 eine gegenüber der in den 1 und 2 gezeigten Anordnung höhere Packungsdichte. Darüber hinaus sind bei dem in 7 dargestellten Beispiel die Leiterstücke 702 bis 707 mit mindestens einem Rasthaken (alternativ Öse, Nase, etc.) fixiert. Dabei kommen beispielsweise zwei unterschiedliche Typen von Rasthaken 709 und 710 zum Einsatz, von denen die einen 709 am Umfang des Ringkerns 701 angebracht sind und die anderen 710 auf der der Leiterplatte 601 zugewandten Stirnseite des Ringkerns 701. In 8 ist die in 7 gezeigte Anordnung, welche als stromkompensierte Drossel verwendet werden kann, in der Seitenansicht dargestellt.

9 zeigt die in 7 von unten dargestellte Anordnung von oben. Wie zu ersehen ist können beispielsweise die Leiterstücke 702 bis 707 an der der Leiterplatte 601 abgewandten Stirnseite (oben) exakt in radialer Richtung nach außen verlaufen, während sie bei der in 7 gezeigten Unterseite in einem gewissen Winkel zur exakt radialen Richtung nach außen verlaufen können.

In 10 ist eine weitere alternative Anordnung von Leiterstücken gezeigt, bei der zwei U-förmige Bügel 1001 und 1002 sowie vier Ω-förmige Bügel 1003 bis 1006 zur Anwendung kommen. Die Ω-förmigen Bügel 1003 bis 1006 sind dabei wie die in den 3 und 5 gezeigten Leiterstücken ausgebildet. Eine Gegenüberstellung der beiden Typen von Leiterstücken ist in 13 gezeigt. 11 ist eine Seitenansicht der in 10 gezeigten Anordnung mit Sicht auf das Leiterstück 1001. 12 zeigt eine gegenüber der 11 bezüglich der Längsachse des Ringkerns 1007 um 90° nach rechts ge drehte Ansicht. Die gesamte Anordnung verwendet einen gekapselten Magnetkern 1007, welcher beispielsweise in zwei Halbschalen 1401 und 1402 eingelegt ist. An der Nahtstelle 1403 beider Halbschalen können sich diese überlappen und werden durch den Ringkern (nicht gezeigt) formschlüssig geführt wie in 14 in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt ist.

Eine weitere Alternative einer stromkompensierten Drossel ist in den 15 bis 17 gezeigt. Dabei werden sechs Ω-förmige Bügel zur weiteren Erhöhung der Packungsdichte und/oder Reduzierung der Außenabmessungen in bestimmten Bereichen mit einer Prägung versehen, so dass der Querschnitt der Leiterstücke in der Innenöffnung des Ringkerns 1501 als Kreissegment (Tortenstückform) ausgebildet ist und oberhalb und unterhalb des Ringkerns, also auf den beiden Stirnseiten des Ringkerns abgeflacht ist. Dies erlaubt eine noch bessere Ausnutzung der Innenöffnung mit Leiterstücken, was bei gleichem Leiterquerschnitt ein kleineres Innenloch des Kerns ermöglicht. Die Abflachungen an den Stirnseiten verringern die Höhe der gesamten Anordnung, was insgesamt zu einer geringeren Größe der Drossel führt. Die Leiterstücke 1502 bis 1507 können dabei auf einer Seite (zum Beispiel unten) wiederum in einem bestimmten Winkel zur radialen Richtung vom Ringkernmittelpunkt weg ausgerichtet werden, wie in 15 gezeigt ist, und auf der anderen Seite (zum Beispiel oben) aber exakt radial ausgerichtet sein wie in 17 gezeigt ist. Selbstredend sind die Leiterstücke bei einer derart dichten Packung elektrisch isoliert wie bei- spielsweise durch eine Lackschicht (wie zum Beispiel bei Kupferlackdraht) oder einer Kunststoffumhüllung.

Eine detaillierte Darstellung eines Ω-förmigen Leiterstücks 1801 mit Querschnittsmodifikationen, wie es beispielsweise bei der in den 15 und 16 gezeigten Anordnung zum Einsatz kommen kann, ist in 18 gezeigt. Das Leiterstück 1801 weist zwei Leiterendabschnitte 1802 und 1803 auf, von denen der Leiterendabschnitt 1802 S-förmig gebogen ist, so dass die beiden Leiterendabschnitte 1802 und 1803 parallel zueinander angeordnet sind. Die beiden Leiterendabschnitte 1802 und 1803 sind dabei derart beabstandet, dass sie nach der Montage am Ringkern sowohl in Umfangsrichtung des Ringkerns als auch in radialer Richtung des Ringkerns voneinander beabstandet sind. Außerdem ist der Querschnitt des Leiterstücks 1801 im Bereich 1804 der Innenöffnung eines Ringkerns (nicht gezeigt) kreissektorförmig ausgebildet. Des Weiteren ist der Querschnitt des Leiterstücks 1801 im Bereich 1806 der U-förmigen Biegung, welche im montierten Zustand an der der Leiterplatte abgewandten Stirnseite des Ringkerns zu liegen kommt, nach außen hin abgeflacht. Zudem ist der Querschnitt des Leiterstückes 1801 im Bereich 1805 der S-förmigen Biegung zwischen den beiden Biegungen beiderseits abgeflacht. Der Querschnitt im Bereich der Leiterendabschnitte 1802 und 1803 kann hingegen rund sein, wie beispielsweise im Bereich der Lötaugen, kann jedoch (annähernd) spitz zulaufen zum besseren Einführen in die Bohrungen der Lötaugen. Bei weiteren Alternativen kann der Ringkern von einem Kunststoffgehäuse umschlossen sein, an welchem beispielsweise Befestigungsösen, Führungsnasen, Rasthaken etc., auch solche wie in den 10, 15, und 17 dargestellt, Verwendung finden.

Die Montage bzw. das Biegen der Leiterstücke kann dabei auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Zum einen können die Leiterstücke geradlinig ausgebildet sein und dann einzeln durch das Innenloch des Ringkerns gesteckt werden und durch nachfolgende Biegeschritte zur endgültigen Form gebogen werden. Wenn alle Leiterstücke in die endgültige Form gebogen sind, können diese ausgerichtet und in die Befestigungsösen eingerastet werden. Andererseits können auch beliebig vorgeformte Leiterstücke verwendet werden. Zum Beispiel können U-förmige Leiterstücke montiert werden und dann das Leiterstück zum inneren Leiterendabschnitt hin in die gewünschte S-Form gebracht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zu einem Leiterendabschnitt hin S-förmig vorgeformte Leiterstücke zu verwenden, welche durch die Innenöffnung gesteckt werden und dann über eine U-Biegung in die endgültige Form gebracht werden. Zum Biegen können geeignete Werkzeuge am Ringkern angesetzt werden. Bei Einsatz in einer stromkompensierten Drossel wird vorzugsweise ein weichmagnetischer Ringkern mit hoher Permeabilität verwendet, um eine hohe Dämpfung mit wenigen Windungen zu ermöglichen. Hierzu werden beispielsweise Permeabilitäten von µ ≥ 40.000, beispielsweise auch > 80.000 eingesetzt.

Die Kombination der Vorteile einer Bügellösung mit sehr dünnen Schutzschichten (zum Beispiel Kerntrog aus isolierendem Material) auf dem Ringkern mit der Verlagerung der Verbindungsstelle an den Außenumfang des Ringkerns und die damit verbundene Minimierung des Kerninnenloches führt zu einem sehr kleinen magnetischen Kern, das heißt, einem Kern mit geringem Volumen, geringem Gewicht und geringen Kosten, und in der Folge zu einer kleineren Drossel sowie kürzeren Drahtlängen, was wiederum kleinere Kupferwiderstände zur Folge hat. Dadurch ist die Reduktion des Drahtdurchmessers möglich, was wiederum einen etwas kleineren Kern, weniger Gewicht sowie geringere Kosten ermöglicht. Der Wickelsinn kann durch einfache Änderung der Bügelanordnung bzw. des Biegemusters der einzelnen Leiterbügel geändert werden bei ansonsten gleicher Leiterplatte. Durch zusätzliches Verändern der Geometrie bzw. der Kontur oder des Querschnitts der Leiterstücke kann beispielsweise der Raum in der Innenöffnung des Ringkerns optimal genutzt werden. So hat die kreissegmentförmige Ausgestaltung des für die Innenöffnung des Ringkerns vorgesehenen Leiterendabschnittes eine deutlich höhere Packungsdichte zur Folge als dies mit runden Drähten zu erreichen ist. Anstelle von mechanischen Befesti- gungsmitteln kann zur Fixierung und Führung der Drähte im Ringkerninnenloch auch ein Kunststoffverguss oder Klebstoff verwendet werden.

Die bei starken Drähten notwendigen Wickelkräfte erfordern eine hohe Festigkeit der verwendeten Kernumhüllungen (zum Beispiel Tröge), die den Druck möglichst wenig an den weichmagnetischen Kern abgeben sollten. Dies erfordert größere Wandstärken und/oder festere Materialien, was insgesamt zu größeren und teureren Bauelementen führt. Durch die oben beschriebenen Bügel können die beim Wickeln auftretenden Kräfte deutlich verringert werden und damit Volumen- und Kostenvorteile erzielt werden. Die Umhüllung aus nichtleitendem, nichtmagnetischen Werkstoff kann aus einem aufgeschmolzenen Kunststoffpulver, zum Beispiel aus Thermoplast oder Duroplast, bestehen oder einen solchen Kunststoff aufweisen. Darüber hinaus können für die Umhüllung auch Tauch- oder Sprühverfahren in Verbindung mit Epoxidharzen, Lacken etc. zum Einsatz kommen, welche ein geringeres Volumen der Isolierschicht und/oder Fixierschicht gegenüber einem Trog bieten.

Obwohl vorstehend überwiegend stromkompensierte Drosseln betrachtet wurden, gelten die dabei präsentierten Erkenntnisse für alle Arten von induktiven Bauelementen mit einem magnetischen Ringkern in gleicher oder ähnlicher Weise.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 3434497 A1 [0005]
  • US 4103267 [0005]
  • DE 202004013663 U1 [0005]