CH696567A5

CH696567A5 - Induktives Bauelement und Verfahren zur Montage von induktiven Bauelementen.

Info

Publication number: CH696567A5
Application number: CH16032003A
Authority: CH
Inventors: Seppo Packalen; Kari Pinomaa; Penti Sohlman
Original assignee: Schaffner Emv Ag
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2007-07-31
Also published as: DE20318902U1; FR2883447A3

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein induktives Bauelement entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1, ein elektrisches Filter entsprechend dem unabhängigen Anspruch 15 sowie ein Verfahren zur Montage von induktiven Bauelementen mit mindestens einem magnetischen Kern entsprechend dem unabhängigen Anspruch 17.

Stand der Technik

[0002] Um ihre Behandlung und/oder ihre Verwendung zu vereinfachen, werden die elektronischen Bauelemente meistens in Gehäusen montiert, die sie mechanisch schützen und/oder ihre Integration in einer Schaltung ermöglichen.

Diese Gehäuse besitzen also vorteilhaft einfache standardisierte Formen und/oder zum vorgesehenen Einsatz adaptierte Befestigungselemente.

[0003] Die Montage von induktiven Bauelementen wie zum Beispiel Spulen mit einem oder mehreren magnetischen Kernen in einem Gehäuse ist aber meistens wegen der Befestigung der Kerne besonders schwierig.

[0004] Im Stand der Technik werden oft die Gehäuse der induktiven Bauelemente mit einer aushärtenden Vergussmasse aufgefüllt. Alle Komponenten des Bauelementes werden also in der harten Masse befestigt und können sich somit im Gehäuse nicht mehr bewegen.

Dieses Verfahren weist aber mehrere Nachteile auf:
das Gehäuse muss absolut dicht sein, damit die Vergussmasse beim Giessen nicht hinausfliesst;
nachdem die Masse ausgehärtet ist, kann das induktive Bauelement nicht mehr demontiert werden, ohne zerstört zu werden, was zum Beispiel eine Reparatur des Bauelementes verunmöglicht;
der magnetische Kern oder die magnetischen Kerne sowie alle anderen Elemente müssen von vor dem Giessen bis zur Aushärtung der Masse am Platz gehalten werden können, damit sie im fertigen Bauelement die gewünschte Lage aufweisen.

[0005] Gemäss einem weiteren Verfahren zur Montage von induktiven Bauelementen werden der magnetische Kern und/oder die Windung um den magnetischen Kern auf eine innere Wand des Gehäuses geklebt.

Um eine gute und sichere Befestigung des magnetischen Kernes zu erreichen, wird aber die Spule vorzugsweise mit einer ihrer grössten Seiten an das Gehäuse geklebt, was relativ viel Platz beansprucht. Diese Lösung ist demnach für induktive Bauelemente mit mehreren und/oder grossen induktiven Kernen besonders ungeeignet.

Ausserdem können defekte Spulen in solchen Bauelementen meistens auch nicht einfach ersetzt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

[0006] Ein Ziel der Erfindung ist es, ein günstiges und leicht montierbares induktives Bauelement mit mindestens einem magnetischen Kern vorzuschlagen.

[0007] Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein demontierbares induktives Bauelement mit mindestens einem magnetischen Kern vorzuschlagen.

[0008] Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur Montage von induktiven Bauelementen vorzuschlagen.

[0009] Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Montage von induktiven Bauelementen, welches auch eine Demontage der induktiven Bauelemente erlaubt, vorzuschlagen.

[0010] Diese Ziele werden durch ein induktives Bauelement und ein Verfahren zur Montage von induktiven Bauelementen erreicht,

welche die Merkmale der entsprechenden unabhängigen Ansprüche aufweisen.

[0011] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden ausserdem in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0012] Erreicht werden diese Ziele insbesondere durch ein induktives Bauelement, das mindestens einen magnetischen Kern, ein unteres Stützelement und ein oberes Stützelement umfasst, wobei der magnetische Kern zwischen dem unteren Stützelement und dem oberen Stützelement eingeklemmt ist, um eine unerwünschte vertikale Bewegung des magnetischen Kerns zu vermeiden, wobei das untere Stützelement und/oder das obere Stützelement Anschlagelemente aufweisen, um eine unerwünschte horizontale Bewegung des magnetischen Kerns zu vermeiden, und durch ein Verfahren zur Montage von induktiven Bauelementen mit mindestens einem magnetischen Kern, welche die folgenden Schritte umfasst:

der magnetische Kern wird auf ein unteres Stützelement gestellt,
ein oberes Stützelement wird auf den magnetischen Kern gelegt,
das obere Stützelement wird am unteren Stützelement befestigt, um
den magnetischen Kern einzuklemmen.

[0013] Somit wird der magnetische Kern auf eine einfache und günstige Weise im induktiven Bauelement befestigt.

Kurze Beschreibung der Figuren

[0014] Die Erfindung wird anhand der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und mit der Hilfe der Fig. 1 bis 3 besser verstanden.
<tb>Die Fig. 1<sep>ist eine Profilansicht eines induktiven Bauelementes gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

<tb>Die Fig. 2<sep> ist ein Schnitt entlang der Linie ll-ll des induktiven Bauelementes der Fig. 1.

<tb>Die Fig. 3<sep>ist ein Schnitt eines induktiven Bauelementes gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0015] Die bevorzugte Ausführungsform des induktiven Bauelementes der Erfindung, die als illustratives, aber keinesfalls limitatives Beispiel auf den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist ein dreiphasiges induktives Bauelement, das eine Spule 1 für jede Phase aufweist. Jede Spule 1 umfasst zum Beispiel eine Windung 11 und einen O-förmigen magnetischen Kern 10. Solche induktive Bauelemente werden zum Beispiel oft als Filter auf den elektrischen Leitungen zu sämtlichen elektrischen Geräten eingesetzt.

[0016] Das induktive Bauelement umfasst ein unteres Stützelement 2, das den unteren Teil sowie zum Beispiel zwei Seitenwände 21 eines Gehäuses bildet.

An zwei Enden weist vorzugsweise das untere Stützelement 2 ein flaches Befestigungselement 20 auf. Auf den Befestigungselementen 20 sind zum Beispiel nicht dargestellte Löcher vorhanden, die das Anschrauben des induktiven Bauelementes auf einer beliebigen Fläche erlauben. Das untere Stützelement 2 besteht zum Beispiel aus gestanztem und gebogenem metallischem Blech. Es könnte aber auch aus anderen Materialien, wie zum Beispiel aus eingeformtem Kunststoff, bestehen.

[0017] Durch Öffnungen in den Seitenwänden 21 sind vorzugsweise Stecker 8 montiert, die einen elektrischen Kontakt zwischen den Spulen 1 und weiteren Elementen einer elektrischen Schaltung ausserhalb des Gehäuses erlauben.

Jede Spule 1 ist also mit den entsprechenden Schaltern 8 durch elektrische Leiter (die auf der Fig. 1 aus Lesbarkeitsgründen ohne Bezugszeichen dargestellt sind) verbunden.

[0018] Die Spulen 1 sind auf dem unteren Stützelement 2 zum Beispiel in einer Reihe angeordnet. Das untere Stützelement 2 weist vorzugsweise Öffnungen auf, deren Form dem Profil der magnetischen Kerne 10 angepasst ist. Der magnetische Kern 10 von jeder Spule 1 ist in einer entsprechenden Öffnung teilweise eingesteckt. Die Öffnungen sind vorzugsweise so dimensioniert, dass die magnetischen Kerne 10 durch diese Öffnungen nicht völlig durchgedrängt werden können. Die Kerne 10 werden also durch die Kanten der Öffnungen gehalten und unerwünschte horizontale Bewegungen der Spulen 1 werden somit vermieden.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung können anstatt der Öffnungen andere Formen von Aussparungen im unteren Stützelement 2 vorhanden sein, um dieselbe Funktion zu erfüllen.

[0019] Alle weitere Komponenten 9 des induktiven Bauelementes der Erfindung sind vorzugsweise auch auf dem unteren Stützelement 2 mit nicht dargestellten Mitteln befestigt. Diese Komponenten 9 können insbesondere Kondensatoren sein, um aus dem induktiven Bauelement zum Beispiel ein vollständiges Filter aufzubauen.

[0020] Auf den Spulen 1 liegt vorzugsweise ein oberes Stützelement 3, das ähnliche Öffnungen wie die Öffnungen des unteren Stützelements 2 aufweist. Das obere Stützelement 3 ist so positioniert, dass der Kern 10 von jeder Spule 1 in einer Öffnung teilweise eingesteckt ist.

Das obere Stützelement 3 ist vorzugsweise durch wieder lösbare Mittel mit dem unteren Stützelement 2 befestigt. Auf dem unteren Stützelement 2 sind zum Beispiel zwei Stege 5 befestigt, deren Länge gleich ist wie der Abstand zwischen den beiden Stützelementen 2, 3, und die auf ihrer oberen Seite je ein Gewinde aufweisen. Das obere Stützelement 3 ist also mit zwei Schrauben 4 auf den Stegen 5 befestigt. Die Stege 5 bestimmen den minimalen Abstand zwischen dem unteren Stützelement 2 und dem oberen Stützelement 3 und vermeiden, dass das obere Stützelement 3 zu fest auf den Spulen 1 geschraubt wird. Der Fachmann wird aber leicht einsehen, dass andere Befestigungsmittel im Rahmen der Erfindung auch möglich sind. Die Schrauben können zum Beispiel lang genug sein, um direkt ins untere Stützelement 2 geschraubt zu werden.

Es wird also auf die Stege 5 verzichtet und der Abstand zwischen den Stützelementen wird durch die magnetischen Kerne 10 bestimmt. Die Stützelemente 2, 3 können auch ganz andere Formen aufweisen und ineinander geklemmt werden usw.

[0021] Mit der Befestigung des oberen Stützelementes 3 auf dem unteren Stützelement 2 werden also unerwünschte vertikale Bewegungen der Spulen 1 vermieden.

Die Spulen 1 des erfinderischen induktiven Bauelementes sind, wie auf der Fig. 2 illustriert, zwischen dem unteren Stützelement 2 und dem oberen Stützelement 3 eingeklemmt.

[0022] Die Stützelemente 2, 3 haben vorzugsweise ein U-förmiges Profil, damit die durch die Stützelemente 2 resp. 3 dringenden Teile der Kerne 10 von unerwünschten Kontakten mechanisch geschützt sind.

[0023] Das Gehäuse des induktiven Bauelementes kann dann zum Beispiel mit einem nicht dargestellten U-förmigen Deckel geschlossen werden, welcher auf die Spulen 1 gelegt und mit dem unteren Stützelement 2 befestigt wird. Der Deckel bildet dann die obere Wand und zwei Seitenwände des Gehäuses.

[0024] Bei der Montage des erfinderischen induktiven Bauelementes werden zuerst die Spulen 1 auf das untere Stützelement 2 gestellt.

Jeder magnetische Kern 10 wird dabei teilweise in eine angepasste Öffnung des unteren Stützelementes 2 eingesteckt. Die Öffnungen sind vorzugsweise so gestaltet, dass die Spulen 1 in dieser Lage ohne Befestigung stehen bleiben, wenn das untere Stützelement mehr oder weniger horizontal liegt. Somit wird die Montage wesentlich erleichtert, weil es nicht nötig ist, die Spulen 1 während der Montage zu halten.

[0025] Dann wird das obere Stützelement 3 auf die Spulen 1 gelegt, so dass der Kern 10 von jeder Spule 1 mindestens teilweise in einer Öffnung des oberen Stützelementes 3 eingesteckt wird. Das obere Stützelement 3 wird dann mit den Schrauben 4 auf den Stegen 5 befestigt. Da die Stege 5 fest auf dem unteren Stützelement 2 stehen, sind damit beide Stützelemente 2, 3 miteinander befestigt.

Die Spulen 1 werden somit zwischen dem unteren und dem oberen Stützelement 2 bzw. 3 eingeklemmt. Das induktive Bauelement kann also dann bewegt werden und/oder in irgendeiner Stellung befestigt werden, ohne dass die Spulen 1 ihre Platzierung verändern.

[0026] In einem letzten Schritt kann das Gehäuse des induktiven Bauelementes geschlossen werden, indem zum Beispiel ein nicht dargestellter Deckel auf die Spulen 1 gelegt und mit dem unteren Stützelement 2 befestigt wird, um die obere Wand und zwei Seitenwände des Gehäuses zu bilden.

Das induktive Bauelement ist dann gegen externe Störungen mechanisch geschützt.

[0027] Zusätzliche Schritte können unter Umständen bei der Montage auch noch benötigt werden, wie zum Beispiel der Aufbau der elektrischen Verbindungen durch Löten von elektrischen Leitern zwischen den Spulen 1 und den Steckern 8, die Montage von weiteren Elementen 9 des induktiven Bauelementes, usw.

[0028] Dank der abnehmbaren Befestigung des oberen Stützelementes 3 auf dem ersten Stützelement 2 kann das induktive Bauelement der Erfindung jederzeit demontiert werden, zum Beispiel um eine Spule 1 zu ersetzen. Dieses Merkmal kann aber unter Umständen unerwünscht sein. Zum Beispiel im Falle von bestimmten Anwendungen des induktiven Bauelementes.

Der Fachmann wird also leicht einsehen, dass es für solche Fälle durchaus möglich ist, beide Stützelemente 2, 3 zum Beispiel durch Löten fest miteinander zu verbinden.

[0029] In weiteren Ausführungsformen der Erfindung können anstatt oder zusätzlich zu den Stegen 5 weitere mechanische Elemente das obere Stützelement mit dem unteren Stützelement verbinden. Solche Elemente können beispielsweise Bleche sein, welche zum Beispiel mindestens teilweise die Seitenwände des induktiven Bauelementes bilden. Ein Beispiel einer solchen Ausführungsform ist im Schnitt auf der Fig. 3 illustriert, wobei das obere Stützelement 3 ¾ so gestaltet wird, dass es mit dem unteren Stützelement 2 ein mindestens teilweise geschlossenes Gehäuse bildet.

Somit kann vorzugsweise das obere Stützelement 3 ¾ direkt auf dem unteren Stützelement 2 befestigt werden (zum Beispiel geschraubt oder gelötet). In diesem Beispiel bildet das obere Stützelement 3 ¾ mindestens ein Teil der Seitenwände des induktiven Bauelementes. Der Fachmann wird aber leicht einsehen, dass es im Rahmen der Erfindung auch möglich wäre, auch das untere Stützelement 2 so zu gestalten, dass es diese Funktion erfüllt.

Dank einer solchen Ausführungsform ist es also unter Umständen möglich, auf die Stege 5 und die Schrauben 4 der auf den Fig. 1 und 2 illustrierten Ausführungsform zu verzichten.

[0030] Die Erfindung wurde in der obigen Beschreibung für ein dreiphasiges induktives Bauelement mit drei Spulen 1 beschrieben.

[0031] Der Fachmann wird aber leicht einsehen, dass es im Rahmen der Erfindung möglich ist, induktive Bauelemente mit einer beliebigen Anzahl von Spulen und/oder magnetischen Kernen einzusetzen. Die Öffnungen in den Stützelementen 2, 3 können auch an anderen Formen von magnetischen Kernen angepasst werden. Es können zum Beispiel magnetische Kerne eingesetzt werden, die eine Mehrzahl von Wicklungen vorweisen, um eine Mehrzahl von Spulen zu bilden.

Die Spulen können ebenfalls sowohl in Reihen wie auch in Kolonnen oder Matrizen angeordnet werden.

[0032] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stützelemente aus einem metallischen gebogenen Blech gebildet. Der Fachmann wird aber verstehen, dass auch andere Materialien wie zum Beispiel Kunststoff verwendet werden können. Die Öffnungen können auch durch andere adaptierte Aussparungen ersetzt werden, wie zum Beispiel durch ein an die Form vom Ende des magnetischen Kernes adaptiertes geformtes Loch, usw. Sie können auf beiden Stützelementen oder nur auf einem Stützelement vorhanden sein.

Claims

1. Induktives Bauelement, das mindestens einen magnetischen Kern (10), ein unteres Stützelement (2) und ein oberes Stützelement (3, 3 ¾) umfasst, wobei der besagte mindestens eine magnetische Kern (10) zwischen dem besagten unteren Stützelement (2) und dem besagten oberen Stützelement (3, 3 ¾) eingeklemmt ist, um eine unerwünschte vertikale Bewegung des besagten mindestens einen magnetischen Kerns (10) zu vermeiden, wobei das besagte untere Stützelement (2) und/oder das besagte obere Stützelement (3, 3 ¾) Anschlagelemente aufweisen, um eine unerwünschte horizontale Bewegung des besagten mindestens einen magnetischen Kerns (10) zu vermeiden.

2. Induktives Bauelement gemäss Anspruch 1, wobei die besagten Anschlagelemente Aussparungen sind, wobei der besagte mindestens eine magnetische Kern (10) teilweise in mindestens einer der besagten Aussparungen eingesteckt ist.

3. Induktives Bauelement gemäss Anspruch 2, wobei die besagten Aussparungen Öffnungen sind, die an die Form des mindestens einen magnetischen Kerns (10) angepasst sind.

4. Induktives Bauelement gemäss Anspruch 3, wobei der besagte mindestens eine magnetische Kern (10) durch die besagten Öffnungen nicht völlig durchgedrängt werden kann.

5. Induktives Bauelement gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das besagte obere Stützelement (3, 3 ¾) auf dem besagten unteren Stützelement (2) befestigt ist.

6. Induktives Bauelement gemäss Anspruch 5, wobei das besagte obere Stützelement (3, 3 ¾) auf eine abnehmbare Weise auf dem besagten unteren Stützelement (2) befestigt ist.

7. Induktives Bauelement gemäss Anspruch 6, wobei das besagte obere Stützelement (3, 3 ¾) auf das besagte untere Stützelement (2) geschraubt ist.

8. Induktives Bauelement gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das besagte untere Stützelement (2) mindestens ein Teil des Gehäuses des besagten induktiven Bauelementes bildet.

9. Induktives Bauelement gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das besagte obere Stützelement (3, 3 ¾) mit mindestens einem Steg (5) mit dem unteren Stützelement (2) verbunden ist.

10. Induktives Bauelement gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das besagte obere Stützelement (3 ¾) mit mindestens einer Seitenwand mit dem unteren Stützelement (2) verbunden ist.

11. Induktives Bauelement gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das besagte obere Stützelement (3 ¾) mit dem unteren Stützelement (2) direkt verbunden ist.

12. Induktives Bauelement gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das besagte untere Stützelement (2) aus gestanztem und gebogenem metallischem Blech ist.

13. Induktives Bauelement gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das besagte obere Stützelement (3, 3 ¾) aus gestanztem und gebogenem metallischem Blech ist.

14. Induktives Bauelement gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13, welches eine Mehrzahl von magnetischen Kernen (10) umfasst.

15. Elektrisches Filter, welches ein induktives Bauelement gemäss einem der vorherigen Ansprüche umfasst.

16. Elektrisches Filter gemäss dem Anspruch 15, das mindestens einen Kondensator (9) umfasst, welcher auf dem besagten unteren Stützelement (2) und/oder auf dem besagten oberen Stützelement (3, 3 ¾) befestigt ist.

17. Verfahren zur Montage von induktiven Bauelementen mit mindestens einem magnetischen Kern (10), welches die folgenden Schritte umfasst: der besagte mindestens eine magnetische Kern (10) wird auf ein unteres Stützelement (2) gestellt, ein oberes Stützelement (3, 3 ¾) wird auf der besagten mindestens einen magnetischen Kern (10) gelegt, das besagte obere Stützelement (3, 3 ¾) wird auf dem besagten unteren Stützelement (2) befestigt, um den besagten mindestens einen magnetischen Kern (10) einzuklemmen.

18. Verfahren gemäss dem Anspruch 17, wobei der besagte mindestens eine magnetische Kern (10) in eine Aussparung des besagten unteren Stützelementes (2) und/oder in eine Aussparung des besagten oberen Stützelementes (3, 3 ¾) teilweise eingesteckt wird.

19. Verfahren gemäss dem Anspruch 18, wobei die besagten Aussparungen Öffnungen sind, die an die Form des mindestens einen magnetischen Kerns (10) angepasst sind.

20. Verfahren gemäss dem Anspruch 19, wobei der besagte mindestens eine magnetische Kern (10) durch die besagten Öffnungen nicht völlig durchgedrängt werden kann.

21. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das besagte obere Stützelement (3, 3 ¾) auf dem besagten unteren Stützelement (2) auf eine abnehmbare Weise befestigt wird.

22. Verfahren gemäss dem Anspruch 21, wobei das besagte obere Stützelement (3, 3 ¾) auf das besagte untere Stützelement (2) geschraubt wird.