AT501073B1 - Induktives schaltungselement und verfahren zur montage eines induktiven schaltungselements - Google Patents

Description

2 AT 501 073 B1

Die Erfindung betrifft ein induktives Schaltungselement mit einem Ringkern und einem aus U-förmigen Bügel zusammengesetzten Wickelgut.

Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Schaltungselementes mit einem 5 Ringkern und einem aus U-förmigen Bügel zusammengesetzten Wickelgut.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, bei induktiven Schaltungselementen wie Übertragern oder Drosseln die Strom führenden Wicklungen dadurch zu realisieren, dass man bügelförmige (U-förmige) Drahtelemente benutzt, die den Kernquerschnitt überwölben und in die io Leiterplatte einzeln und parallel zueinander eingesteckt werden, so dass sie zusammen mit entsprechenden Leiterbahnen, mit denen sie verlötet werden, vollständige Windungen bilden.

So zeigt die DE3720739 (Meinet) einen im Wesentlichen O-förmigen Kern, der durch eingelötete Windungsbügel, die zur Bildung zweier, auf beide Schenkel verteilter Wicklungen dienen, auf 15 der Platine gehalten wird.

Diese Technik hat den Vorteil, dass die Wicklung durch Verwendung vorgeformter Drahtelemente in der gewünschten Konfiguration einfach herzustellen ist und ein herkömmlicher Wickelvorgang entfällt. Sie weist jedoch in der bekannten Form Nachteile auf. Die erforderlichen Lei-20 terbahnen auf der Platine sind im Querschnitt beschränkt, so dass bei hohen Strömen thermische Probleme auftreten. Die in den Leiterbahnen entstehende Wärme kann dann ohne zusätzliche Kühlmaßnahmen nicht mehr über die Platine abgeführt werden. Die Leiterbahnen müssen daher verstärkt werden, was wiederum mit Mehrarbeit verbunden ist. Zudem bringt die bekannte Bauweise den Nachteil mit sich, dass einzelne an sich baugleiche Schaltungselemente bei 25 den elektrisch-magnetischen Parametern große Streuungen aufweisen.

Die JP 05090035 A beschreibt U-förmige Drahtbügel aus Blei, die um einen Ringkern angeordnet sind, wobei die Enden der oberen Bügel in die köcherförmigen Ausprägungen der unteren Bügel gesteckt sind. Dabei werden die unteren und oberen Bügel abwechselnd um den Ring-30 kern montiert. Um die Bügel genau in Position zu bringen ist dabei entweder eine händische oder eine aufwändige maschinelle Montage erforderlich.

In der US 4 878 291 A ist ein Verfahren zur Montage eines induktiven Schaltungselements angegeben, wobei sich das Wickelgut aus U-förmigen und S-förmigen Bügel zusammensetzt. 35 Zur Montage ist eine plattenförmige Einspannvorrichtung vorgesehen um die U-förmigen Bügel in Position zu halten. Nach Kontaktierung der U-förmigen Bügel mittels S-förmiger Bügel wird diese Einspannvorrichtung wieder entfernt. Es sind demnach neben dem eigentlichen Kontaktierungsvorgang zusätzliche Arbeitsschritte wie das Anbringen und Entfernen der Einspannvorrichtung erforderlich. 40

Die US 3 638 156 A beschreibt einen keramischen Trägerkörper für gebogene Leiterelemente und als Gegenstück eine Trägerplatine mit flachen Leiterbahnen. Der Trägerkörper ist dabei zur Aufnahme eines zylindrischen Kerns ausgebildet, welcher durch Montage des Gegenstücks in der Weise umschlossen wird, das die gebogenen Leiterelemente am Trägerkörper und die 45 Leiterbahnen auf der Trägerplatine vollständige Windungen um den Kern bilden. Zur Herstellung eines solchen Gegenstands ist neben den Leiterelementen und Leiterbahnen zur Bildung der Windungen demnach ein eigens zu fertigender Trägerkörper erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verso bessertes Schaltungselement anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem induktiven Schaltungselement der eingangs genannten Art, bei dem erste Bügel und zweite Bügel vorgesehen sind und die ersten Bügel den zweiten Bügel so gegenüber liegend angeordnet und so miteinander direkt verbun-55 den sind, dass sie den Ringkern als umfassende Windungen umschließen und wobei die Bügel 3 AT 501 073 B1 aus Blech geformt sind und an ihrem Rücken einen Steg aufweisen, mit dem alle ersten Bügel auf einer ersten Trägerplatine und alle zweiten Bügel auf einer zweiten Trägerplatine befestigt sind. 5 Das erfindungsgemäße Schaltungselement hat den Vorteil, dass die Windungen allein aus einfach zu fertigenden Blech-Bügel aufgebaut sind, die in ihrer Dimension den thermischen Belastungen angepasst werden können. Mit dem Steg am Rücken können sie in einfacher Weise maschinell auf Trägerplatinen befestigt werden, ohne dass zusätzliche Vorrichtungswerkzeuge oder Formkörper als Trägerelemente erforderlich sind. Durch diese stabile Befesti-io gung auf den Trägerplatinen mit gleich bleibenden Abständen zwischen den einzelnen Windungen wird auch erreicht, dass die elektrisch-magnetischen Parameter baugleicher Schaltungselemente gegenüber herkömmlicher Bauweisen geringere Streuungen aufweisen. Des Weiteren ermöglichen die Trägerplatinen eine einfache Kontaktierung des Schaltungselements und eine gute Wärmeabfuhr. 15

Ein besonders günstiges Felddurchdringverhalten erreicht man damit, dass die Bügel aus versilbertem Beryllium, Kupfer oder Bronze bestehen. Es ergibt sich dadurch eine gleichmäßige Verteilung des Stroms sowie der thermischen Belastung. 20 Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Realisierung von Wicklungen erwünschter Windungszahl, indem wenigstens ein Paar nebeneinander angeordneter erster Bügel nicht mit einem zweiten Bügel miteinander verbunden ist und so wenigstens eine den Ringkern umfassende Wicklung mit Anschlusskontakten an den Befestigungsstellen der die Wicklungsenden bildenden Bügel gegeben ist. Damit können die Schaltungselemente direkt in die Platine integriert 25 werden, indem die Kontaktierung durch Leiterbahnen gegeben ist, die direkt zu den Lötstellen zur Befestigung der die Wicklungsenden bildenden Bügel führen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Bügel an den Schenkelenden Kontaktflächen aufweisen, an denen sie miteinander verlötet sind oder dass die Bügel an einem 30 Schenkelende ein Stecker Weibchen und am anderen Schenkelende ein Stecker Männchen aufweisen und die Bügel gesteckt verbunden sind. Dadurch ergibt sich eine einfache Montage des Wicklungsguts.

Zur weiteren Kostensenkung ist es vorteilhaft, wenn die ersten Bügel und die zweiten Bügel 35 baugleich ausgeführt sind. Dadurch können zur Herstellung alle Bügel die gleichen Werkzeuge und Fertigungsschritte Verwendung finden.

Des Weiteren ist es günstig, wenn die Trägerplatinen aus einem keramischen Material bestehen, damit die entstehende Wärme besser abgeleitet werden kann. Vorteilhaft ist dabei auch 40 die geringe Verformung bei Erwärmung der Trägerplatinen.

Die Montage des erfindungsgemäßen Schaltungselementes lässt sich besonders einfach durchführen, indem auf einer ersten Trägerplatine U-förmige Bügel rotationssymmetrisch befestigt werden und in die so entstandene erste Hälfte des Wickelguts ein Ringkern elektrisch iso-45 liert eingelegt wird, der mit U-förmigen zweiten Bügel in der Weise überspannt wird, dass jeweils nebeneinander liegende erste Bügel durch zweite Bügel verbunden werden und so vollständige Windungen entstehen.

Besonders günstig ist die Montage dann, wenn die den Ringkern überspannenden zweiten so Bügel auf einer gemeinsamen zweiten Trägerplatine vormontiert werden. Das kann wie bei der Befestigung der ersten Bügel auf die erste Trägerplatine durch Löten oder Kleben geschehen und führt zu einem gleichmäßigen Abstand zwischen den Bügeln.

Dabei ist darauf zu achten, dass jene zweiten Bügel weggelassen werden, die durch ihr Fehlen 55 ein Unterbrechen der ansonsten in sich geschlossenen Wicklung bewirken und so die gegenü- 4 AT 501 073 B1 berliegenden ersten Bügel Wicklungsenden zumindest einer nicht in sich geschlossenen Wicklung bilden. Wird nur ein zweiter oder mehrere nebeneinander liegende zweite Bügel weggelassen, dann ergibt sich eine Wicklung. Werden mehrere nicht nebeneinander liegende zweite Bügel weggelassen, dann ergeben sich entsprechend mehr Wicklungen.

Je nach gewählter Ausführung der Bügel kann das Aufsetzen der Gruppe der zweiten Bügel auf die Gruppe der ersten Bügel dann durch Verlöten oder Stecken erfolgen.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen beispielhaft: 10 15

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltungselementes mit gesteckt verbundenen Bügel und einer Wicklung Fig. 2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltungselementes mit gelötet verbundenen Bügel und zwei Wicklungen Fig. 3: Aufriss eines Bügels für gesteckte Verbindung Fig. 4: Seitenriss eines Bügels für gesteckte Verbindung Fig. 5: Grundriss eines Bügels für gesteckte Verbindung

Fig. 6: Ansicht A eines Bügels für gesteckte Verbindung wie in Fig. 5 angegebenen 20 Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltelement mit Bügel, die gesteckt miteinander verbunden sind, wobei eine Variante mit einer den ganzen Ringkern umlaufenden Wicklung gewählt ist. 1

Als Basis dient dabei eine Trägerplatine 1 aus Keramik. Auf diese werden die ersten Bügel 2 25 mit dem aus Fig. 3 ersichtlichen Steg 10 rotationssymmetrisch zur Symmetrieachse des Ringkerns 3 gelötet, wobei die einzelnen Lötstellen untereinander keine elektrisch leitende Verbindung aufweisen dürfen. Der Abstand zwischen den einzelnen ersten Bügel 2 ist konstant.

In diese Gruppe erster Bügel 2 ist der Ringkern 3 elektrisch isoliert eingelegt. Das wird dadurch 30 erreicht, dass der Ringkern 3 vor dem Einlegen mit einem dielektrischem Material isoliert wird. Die den Ringkern 3 überspannenden zweiten Bügel 4 verbinden jeweils zwei nebeneinander liegende erste Bügel 2 in der Weise, dass vollständige Wicklungen gegeben sind.

Die aus den Bügel gebildete Wicklung ist an einer Stelle durch das Fehlen eines zweiten Bügels 35 unterbrochen. Dadurch werden die ersten Bügel 6 und 7 zu Wicklungsenden, die über Leiterbahnen 8 und 9 auf der Trägerplatine 1 mit einer Schaltung kontaktiert werden können.

Die Gruppe der zweiten Bügel 4 ist ebenfalls auf einer gemeinsamen Trägerplatine 5 gelötet, wobei auch hier keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Lötstellen besteht. Über die 40 Trägerplatinen 1 und 5 wird aufgrund der thermisch gut leitenden Verbindung mit den Bügeln 2 und 4 die im Betrieb entstehende Wärme abgeführt.

Fig. 2 zeigt ebenfalls ein erfindungsgemäßes Schaltungselement, wobei hier die Variante miteinander verlöteter Bügel 2 und 4 dargestellt ist. Durch das Fehlen von zwei zweiten Bügel 4 ist 45 der Ringkern 3 mit zwei Wicklungen umschlossen, deren Wicklungsenden die ersten Bügel 6 und 7 bilden. Diese können über die Leiterbahnen 8 und 9 auf der Trägerplatine 1 mit einer Schaltung kontaktiert werden.

Der in den Fig. 3 bis 6 dargestellte Bügel ist die steckbare Variante aus Blech. Fig. 3 zeigt dabei 50 die U-Form des Bügels, der am Rücken einen abgekanteten Steg 10 aufweist. Das erste Schenkelende 11 ist als Stecker Weibchen ausgeführt, wobei der Schenkel in der Mitte geschlitzt ist und die so entstandenen beiden Schenkelsegmente wie aus Fig. 6 ersichtlich gegeneinander aufgespreizt sind, so dass sie als klemmende Aufnahme für das zweite Schenkelende 12 dienen. Dieses zweite Schenkelende 12 ist als gerades Blechsegment mit abgerundeten 55 Kanten ausgeführt.

Claims (10)

1. 5 AT 501 073 B1 Fig. 5 zeigt die leichte S-Form des Bügels. Das Ausmaß der Biegung ist dabei von der Teilung der Wicklung abhängig und bewirkt, dass die zueinander gehörenden Stecker Weibchen und Stecker Männchen der miteinander zu verbindenden Bügel 2 und 4 in einer gemeinsamen Ebene liegen. 5 Patentansprüche: 1. Induktives Schaltungselement mit einem Ringkern (3) und einem aus U-förmigen Bügel (2, io 4) zusammengesetzten Wickelgut, dadurch gekennzeichnet, dass erste Bügel (2) und zweite Bügel (4) vorgesehen sind und dass die ersten Bügel (2) den zweiten Bügel (4) so gegenüber liegend angeordnet und so miteinander direkt verbunden sind, dass sie den Ringkern (3) als umfassende Windungen umschließen und dass die Bügel (2, 4) aus Blech geformt sind und an ihrem Rücken einen Steg (10) aufweisen, mit dem alle ersten Bügel 15 (2) auf einer ersten Trägerplatine (1) und alle zweiten Bügel (4) auf einer zweiten Träger platine (5) befestigt sind.
2. 2. Induktives Schaltungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bügel (2, 4) aus versilbertem Beryllium, Kupfer oder Bronze bestehen. 20
3. 3. Induktives Schaltungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar erster Bügel (2) nicht durch zweite Bügel (4) verbunden ist und die auf diese Weise Wicklungsenden bildende Bügel (6, 7) mit Anschlusskontakten verbunden sind.
4. 4. Induktives Schaltungselement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Bügel (2) und die zweiten Bügel (4) an den Schenkelenden Kontaktflächen aufweisen, an denen sie miteinander verlötet sind oder, dass die ersten Bügel (2) und die zweiten Bügel (4) an einem Schenkelende ein Stecker Weibchen und am anderen Schenkelende ein Stecker Männchen aufweisen und die ersten Bügel (2) mit den zweiten 30 Bügel (4) gesteckt verbunden sind.
5. 5. Induktives Schaltungselement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass erste Bügel (2) und zweite Bügel (4) baugleich ausgeführt sind.
6. 6. Induktives Schaltungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatinen (1, 5) aus einem keramischen Material bestehen.
7. 7. Verfahren zur Montage eines Schaltungselementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Trägerplatine (1) U-förmige erste Bügel (2) 40 rotationssymmetrisch befestigt werden und in die so entstandene erste Hälfte des Wickel guts ein Ringkern (3) elektrisch isoliert eingelegt wird, der mit U-förmigen zweiten Bügel (4) in der Weise überspannt wird, dass jeweils nebeneinander liegende erste Bügel (2) durch zweite Bügel (4) verbunden werden und so vollständige Windungen entstehen.
8. 8. Verfahren zur Montage eines Schaltungselementes nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, dass die den Ringkern (3) überspannenden zweiten Bügel (4) auf einer gemeinsamen zweiten Trägerplatine (5) vormontiert werden.
9. 9. Verfahren zur Montage eines Schaltungselementes nach Anspruch 7 oder 8, dadurch so gekennzeichnet, dass die Bügel (2, 4) auf die Trägerplatinen (1, 5) aufgelötet oder aufge klebt werden.
10. 10. Verfahren zur Montage eines Schaltungselementes nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der zweiten Bügel (4) mit der Gruppe der ersten 55 Bügel (2) verlötet werden oder, dass die Gruppe der zweiten Bügel (4) auf die Gruppe der 6 AT 501 073 B1 ersten Bügel (2) gesteckt werden. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55