DE102009054001A1

DE102009054001A1 - Vorrichtung zur Potentialtrennung und Ringkerndrossel

Info

Publication number: DE102009054001A1
Application number: DE102009054001A
Authority: DE
Inventors: Günter 73333 Feist
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-08-04
Also published as: CN102598166B; JP2013511832A; WO2011061258A3; CN102598166A; US20120274439A1; HUE025420T2; EP2502243B1; JP5701309B2; US8841985B2; EP2502243A2; WO2011061258A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (4) zur Potentialtrennung zum Einbau in ein Kernloch (5) eines Ringkerns (2). Die Vorrichtung (4) weist einen Zentralbereich (7) und mindestens zwei aus dem Zentralbereich (7) in radialer Richtung des Kernlochs (5) herausragende und in der radialen Richtung bewegliche Isolierbereiche (6) auf. Der Zentralbereich (7) weist mindestens eine Stauchungszone (9) mit zwei Stegen (10) auf, die die mindestens zwei Isolierbereiche (6) mechanisch miteinander koppelt. Jeder der zwei Stege (10) weist jeweils einen elastisch S-förmig verformbaren ersten Abschnitt (11) auf, wobei die ersten Abschnitte (11) der zwei Stege (10) im entspannten Zustand der Stauchungszone (9) zueinander parallel angeordnet sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Ringkerndrossel 1 mit einer derartigen Vorrichtung (4) zur Potentialtrennung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Potentialtrennung zum Einbau in ein Kernloch eines Ringkerns. Darüber hinaus betrifft die Anmeldung eine Ringkerndrossel, die einen Ringkern, eine Vorrichtung zur Potentialtrennung sowie wenigstens zwei durch die Vorrichtung elektrisch voneinander isolierte Wicklungen aufweist.
Ringkerndrosseln mit auf einem Ringkern angeordneten Wicklungen sind vielfach bekannt. Bei Ringkerndrosseln mit mehreren Wicklungen stellt sich dabei grundsätzlich das Problem, die einzelnen Wicklungen elektrisch voneinander zu trennen.
Ein Ansatz besteht darin, die Drähte einzelner Wicklungen elektrisch zu isolieren. Dies ist jedoch verhältnismäßig teuer und führt zu einer Erhöhung des Platzbedarfs.
Aus der EP 1797572 B1 sind eine Vorrichtung zur Potentialtrennung, eine Ringkerndrossel und ein Verfahren zur Herstellung einer Ringkerndrossel bekannt. Die dort beschriebene Vorrichtung zur Potentialtrennung umfasst ein Mittelteil sowie drei nach außen verlaufende, elastisch verformbare und um das Mittelteil aufwickelbare Stege, die jeweils an ihrem vom Mittelteil abgewandten Ende einen starren Isolierbereich aufweisen. Durch Verdrehung des Mittelteils gegenüber den Isolierbereichen wird die Vorrichtung an den Innendurchmesser von unterschiedlichen Ringkernen angepasst.
Bei der bekannten Vorrichtung sind für eine korrekte Positionierung und Sicherung der Vorrichtung mindestens drei Stege erforderlich. Sie eignet sich daher insbesondere nicht für Ringkerndrosseln mit nur zwei Wicklungen, wie sie insbesondere beim Einsatz in Netzfiltern vielfach verwendet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach herzustellende und zu montierende Vorrichtung zur Potentialtrennung zum Einbau in ein Kernloch eines Ringkerns zu beschreiben, wobei die Vorrichtung dazu geeignet sein soll, Toleranzen im Durchmesser des Kernlochs des Ringkerns auszugleichen. Bevorzugt soll die Vorrichtung auch zum stabilen Einbau in das Kernloch eines Ringkerns mit nur zwei Wicklungen geeignet sein.
In der folgenden Zusammenfassung von Ausgestaltungen und detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen wird zur Bezeichnung der unterschiedlichen Richtungen ein zylindrisches Bezugssystem verwendet. Dabei wird die Richtung vom Mittelpunkt eines Kernlochs in Richtung auf den Umfang eines Ringkerns als radial, die Richtung der Drehsymmetrieachse des Ringkerns als axial und die in jedem Punkt zu diesen beiden Richtungen orthogonale Richtung als tangential bezeichnet.
Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Potentialtrennung zum Einbau in ein Kernloch eines Ringkerns gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die Vorrichtung weist einen Zentralbereich und mindestens zwei aus dem Zentralbereich in radialer Richtung des Kernlochs herausragende und in der radialen Richtung bewegliche Isolierbereiche auf. Der Zentralbereich weist eine Stauchungszone mit mindestens zwei Stegen auf, die die mindestens zwei Isolierbereiche mechanisch miteinander koppelt. Jeder der zwei Stege weist jeweils einen elastisch S-förmig verformbaren ersten Abschnitt auf, wobei die ersten Abschnitte der zwei Stege im entspannten Zustand der Stauchungszone zueinander parallel angeordnet sind.
Durch Verwendung paralleler, elastisch S-förmig verformbarer erster Abschnitte kann eine radiale Bewegung der Isolierbereiche in eine Verformung der zwei ersten Abschnitte im Bereich der Stauchungszone umgewandelt werden. Hierdurch bewirken die zwei Stege, die die mindestens zwei Isolierbereiche mechanisch miteinander koppeln, eine Komprimierung der Stauchungszone in radialer Richtung. Somit vermag eine derartige Vorrichtung etwaige Toleranzen im Innendruchmesser des Ringkerns auszugleichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder der zwei Stege des Weiteren jeweils einen zweiten Abschnitt auf, wobei die zwei ersten Abschnitte und die zwei zweiten Abschnitte der zwei Stege im entspannten Zustand der Stauchungszone die Seiten eines Parallelogramms bilden. Ein derartiger, bevorzugt zentral angeordneter Rhomboid ermöglicht eine knickfreie Kompression der Stauchungszone.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die ersten Abschnitte eine geringere Materialstärke auf als die zweiten Abschnitte, sodass bei einer Bewegung der Isolierbereiche in radialer Richtung die ersten Abschnitte S-förmig verformt werden und die zweiten Abschnitte im Wesentlichen parallel zueinander verschoben werden. Durch die beschriebene Ausgestaltung wird eine asymmetrische Kompression der Stauchungszone bewirkt, die eine sichere Führung der Bewegung der Isolierbereiche der Vorrichtung in radialer Richtung sicherstellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung einstückig ausgebildet. Somit kann sie auf besonders einfache und kostengünstige Weise als Spritzgussteil hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung zwei sich bezüglich des Zentralbereichs gegenüberliegende Isolierbereiche auf, so dass die Vorrichtung die Gestalt eines in der Länge komprimierbaren Steges aufweist. Eine Ausgestaltung der Vorrichtung in Form eines in der Länge komprimierbaren Trennstegs mit zwei sich gegenüberliegenden Isolierbereichen eignet sich insbesondere für den Einsatz bei Ringkerndrosseln mit zwei Wicklungen, zum Beispiel für einen Netzfilter mit einem Phasenleiter und einem Neutralleiter.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ragen die Isolierbereiche über einen damit verbundenen Teil des Zentralbereiches in tangentialer Richtung des Kernlochs hinaus. Hierdurch kann ein gewünschter Isolierabstand zwischen benachbarten Wicklungen des Ringkerns unabhängig von der Materialdicke der Vorrichtung zur Potentialtrennung im Zentralbereich eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weisen die Isolierbereiche jeweils einen Hohlraum auf. Die Verwendung eines Hohlraums gestattet eine Materialeinsparung bei der Ausformung von Isolierbereichen mit einem verhältnismäßig großen Isolierabstand.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung wenigstens ein Halteteil mit wenigstens einem Rastelement zur Verrastung der Vorrichtung mit einer Halterung zur Aufnahme der Ringkerndrossel auf. Ein derartiges Halteteil erlaubt das Verrasten der Ringkerndrossel auf einer Leiterplatte oder in einer ähnlichen Anordnung zur mechanischen Fixierung der Ringkerndrossel.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weisen die dem Ringkern zugewandten Stirnflächen der Isolierbereiche nasenförmige Vorsprünge zum Einrasten des Ringkerns in die Vorrichtung auf. Ein Einrasten des Ringkerns zwischen nasenförmige Vorsprünge einer Stirnfläche gestattet eine sichere, klebstofffreie Befestigung der Vorrichtung in dem Ringkern.
Die oben genannte Aufgabe wird ebenso durch eine Ringkerndrossel aufweisend einen Ringkern, eine Vorrichtung zur Potentialtrennung gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen sowie wenigstens zwei durch die Vorrichtung zur Potentialtrennung elektrisch voneinander isolierte Wicklungen gelöst. Der Zentralbereich der Vorrichtung zur Potentialtrennung ist durch eine Komprimierung der Stauchungszone gespannt und übt eine elastische Kraft auf die wenigstens zwei Isolierbereiche in radialer Richtung des Ringkerns aus. Mittels der Vorspannung der Vorrichtung zur Potentialtrennung durch Komprimierung der Stauchungszone kann ein wirksamer Toleranzausgleich an den Innendurchmesser des Ringkerns erreicht werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie in den Patentansprüchen angegeben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen schematische und nicht maßstabsgetreue Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
1 eine Vorderansicht einer Ringkerndrossel gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine perspektivische Darstellung der Ringkerndrossel gemäß 1,
3A und 3B Vorderansichten einer Vorrichtung zur Potentialtrennung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im entspannten beziehungsweise komprimierten Zustand,
4 eine Seitenansicht der Vorrichtung zur Potentialtrennung gemäß 3B und
5 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Potentialtrennung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt eine Vorderansicht auf eine Ringkerndrossel auf die durch den Ringkern der Drossel aufgespannte Ebene.
Die Ringkerndrossel 1 umfasst einen Ringkern 2 sowie zwei elektrisch voneinander isolierte Wicklungen 3a und 3b. Bei den Wicklungen 3a und 3b handelt es sich beispielsweise um Drosselspulen in einer Netzzuleitung zu einem einphasigen Stromversorgungsnetz mit einem Phasenleiter und einem Neutralleiter.
Um die Wicklungen 3a und 3b elektrisch voneinander zu isolieren, umfasst die Ringkerndrossel 1 des Weiteren eine Vorrichtung 4 zur Potentialtrennung. Die Vorrichtung 4 ist in das Kernloch 5 des Ringkerns 2 eingepasst.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ringkerndrossel 1 gemäß 1. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Ringkerndrossel 1 zur stehenden Montage auf einer gedruckten Leiterplatte. Selbstverständlich eignet sich die im Folgenden beschriebene Vorrichtung 4 zur Potentialtrennung auch zur Verwendung mit anderen Bauformen von Ringkerndrosseln 1, insbesondere auch zur liegenden Montage.
Die 3A und 3B zeigen detaillierte Vorderansichten auf die Vorrichtung 4 zur Potentialtrennung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im entspannten beziehungsweise komprimierten Zustand.
Die Vorrichtung 4 umfasst jeweils zwei Isolierbereiche 6a und 6b am oberen beziehungsweise unteren Ende der stegförmig ausgeführten Vorrichtung 4. Die Isolierbereiche 6a und 6b sind durch einen Zentralbereich 7 miteinander verbunden. Der Zentralbereich 7 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils ein Halteteil 8a und 8b, die sich an die Isolierbereiche 6a beziehungsweise 6b anschließen, sowie eine zwischen den Halteteilen 8a und 8b angeordnete zentrale Stauchungszone 9. Die Stauchungszone 9 lässt sich in radialer Richtung der Ringkerndrossel 1 komprimieren, also in der 3A in vertikaler Richtung.
Hierzu weist die in den 3A und 3B dargestellte Stauchungszone 9 zwei Stege 10a und 10b auf. Jeder der Stege 10a und 10b weist einen ersten Abschnitt 11a beziehungsweise 11b und einen zweiten Abschnitt 12a beziehungsweise 12b auf.
Die Stege 10a und 10b bestehen aus einem elastischen Material und können daher unter Krafteinwirkung verformt werden.
Im Ausführungsbeispiel ist die gesamte Vorrichtung 4 als einstückiges Kunststoffspritzgussteil hergestellt. Bevorzugt handelt es sich bei dem verwendeten Material um einen hitzebeständigen und schwerentflammbaren Kunststoff.
Die Stege 10a und 10b sind punktsymmetrisch bezüglich des Mittelpunkts der Vorrichtung 4 sowie des Mittelpunktes des Kernlochs 5 im in die Vorrichtung 4 eingebauten Zustand ausgestaltet. Deren Abschnitte 11a, 11b, 12a und 12b schließen in der dargestellten Projektion einen Hohlraum ein und bilden im in der 3A dargestellten entspannten Zustand ein Parallelogramm. Dabei weisen die ersten Abschnitte 11a und 11b eine geringere Materialstärke auf als die zweiten Materialabschnitte 12a und 12b. In Folge dessen lassen sich die ersten Abschnitte 11a und 11b bezogen auf die zweiten Abschnitte 12a und 12b leichter elastisch verformen.
Durch ein Zusammendrücken der Isolierbereiche 6a und 6b, etwa beim Einsetzen der Vorrichtung 4 in einen Ringkern 2, wird der Zentralbereich 7 komprimiert. Eine Kompression des Zentralbereichs 7 führt dabei zu einer Verformung der Stege 10a und 10b, wie sie in der 3B dargestellt ist. Dabei verformen sich die ersten Abschnitte 11a und 11b der Stege 10a beziehungsweise 10b S-förmig. Die zweiten Abschnitte 12a und 12b werden relativ zueinander in Richtung der radialen Achse verschoben. Dabei bleiben sie jedoch weitgehend formstabil.
Zur Erhöhung der von der Stauchungszone 9 ausgeübten Federwirkung, sind in einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform weitere, S-förmig verformbare erste Abschnitte 11 zwischen den zweiten Abschnitten 12 angeordnet.
Die in der 3B dargestellte Kompression weist den Vorteil auf, dass eine radiale Kompression der Isolierbereiche 6a und 6b zu einer parallelen Verschiebung der Längsachsen im Bereich der Halteteile 8a und 8b führt, sodass eine Bewegung der Isolierbereiche 6a und 6b überwiegend in radialer Richtung stattfindet. Insbesondere knickt der Zentralbereich 7 nicht seitlich ein. Zusammen mit der durch die Stauchungszone 9 erzeugten, nach außen wirkenden Kraft ermöglicht dies einen festen Sitz der Vorrichtung 4 mit nur zwei Isolierbereichen 6 in einem Ringkern 2 einer Ringkerndrossel 1.
Wie in den 3A und 3B dargestellt, ragen die Isolierbereiche 6 in tangentialer Richtung über die Halteteile 8 des Zentralbereichs 7 hinaus und stellen auf diese Weise einen gewünschten Isolierabstand zwischen den benachbarten Wicklungen 3a und 3b her. Um dennoch eine einfache und Material sparende Herstellung der Vorrichtung 4 durch ein Spritzgussverfahren zu ermöglichen, weisen die Isolierbereiche 6a und 6b im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einen Hohlraum 13a beziehungsweise 13b auf.
4 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung 4 auf die durch die axiale und radiale Richtung aufgespannte Ebene.
In der 4 ist zu erkennen, dass die Halteteile 8 im Ausführungsbeispiel beidseitig mit Rastelementen 14 ausgestaltet sind. Die Rastelemente 14 ermöglichen dabei eine sichere Verrastung der Vorrichtung 4 mit einer in den Figuren nicht dargestellten, im Wesentlichen U-förmigen Halterung zur Aufnahme der Ringkerndrossel 1 auf einer Leiterplatte. Die Rastelemente 14 des Bereichs A sind im unteren Teil der 4 vergrößert dargestellt.
5 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung 4 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Auch die Seitenansicht gemäß 5 zeigt die durch die axiale und radiale Richtung eines Ringkerns 2 aufgespannte Ebene.
In der 5 ist zu erkennen, dass die Isolierbereiche 6a und 6b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel an ihren Stirnflächen jeweils zwei nasenförmige Vorsprünge 15 aufweisen, die die Vorrichtung 4 im eingesetzten Zustand mit dem in der 5 nicht dargestellten Ringkern 2 verzahnen. Dabei übt die Stauchungszone 9 eine elastische Kraft auf die Stirnflächen der Isolierbereiche 6 aus, die zu einem Einrasten des Ringkerns 2 in die Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen 15 führt und eine gesonderte Befestigung, wie etwa ein Verkleben der Vorrichtung 4 mit dem Ringkern 2, entbehrlich macht.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten und oben im Detail beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können die Gestalt und Anzahl der Isolierbereiche an die Anforderungen von Ringkerndrosseln mit unterschiedlichen Wicklungen angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Ringkerndrossel
2: Ringkern
3: Wicklung
4: Vorrichtung zur Potentialtrennung
5: Kernloch
6: Isolierbereich
7: Zentralbereich
8: Halteteil
9: Stauchungszone
10: Steg
11: erster Abschnitt
12: zweiter Abschnitt
13: Hohlraum
14: Rastelement
15: Vorsprung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1797572 B1 [0004]

Claims

Vorrichtung (4) zur Potentialtrennung zum Einbau in ein Kernloch (5) eines Ringkerns (2), aufweisend einen Zentralbereich (7) und mindestens zwei aus dem Zentralbereich (7) in radialer Richtung des Kernlochs (5) herausragende und in der radialen Richtung bewegliche Isolierbereiche (6), wobei der Zentralbereich (7) eine Stauchungszone (9) mit mindestens zwei Stegen (10) aufweist, die die mindestens zwei Isolierbereiche (6) mechanisch miteinander koppelt, jeder der zwei Stege (10) jeweils einen elastisch S-förmig verformbaren ersten Abschnitt (11) aufweist und die ersten Abschnitte (11) der zwei Stege (10) im entspannten Zustand der Stauchungszone (9) zueinander parallel angeordnet sind.
Vorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zwei Stege (10) des Weiteren jeweils einen zweiten Abschnitt (12) aufweist, wobei die zwei ersten Abschnitte (11) und die zwei zweiten Abschnitt (12) der zwei Stege (10) im entspannten Zustand der Stauchungszone (9) die Seiten eines Parallelogramms bilden.
Vorrichtung (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei ersten Abschnitte (11) eine geringere Materialstärke aufweisen als die zwei zweiten Abschnitte (12), sodass bei einer Bewegung der Isolierbereiche (6) in radialer Richtung die ersten Abschnitte (11) S-förmig verformt werden und die zweiten Abschnitte (12) im Wesentlichen parallel zueinander verschoben werden.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) einstückig ausgebildet ist.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) zwei sich bezüglich des Zentralbereichs (7) gegenüberliegende Isolierbereiche (6) aufweist, so dass die Vorrichtung (4) die Gestalt eines in der Länge komprimierbaren Steges aufweist.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierbereiche (6) über einen damit verbundenen Teil des Zentralbereichs (7) in tangentialer Richtung des Kernlochs (5) hinausragen.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierbereiche (6) jeweils einen Hohlraum (13) aufweisen.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens ein Halteteil (8) mit wenigstens einem Rastelement (14) zur Verrastung der Vorrichtung (4) mit einer Halterung zur Aufnahme der Ringkerndrossel (1).
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ringkern (2) zugewandten Stirnflächen der Isolierbereiche (6) nasenförmige Vorsprünge (15) zum Einrasten des Ringkerns (2) in die Vorrichtung (4) aufweisen.
Ringkerndrossel (1) aufweisend einen Ringkern (2), eine Vorrichtung (4) zur Potentialtrennung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie wenigstens zwei durch die Vorrichtung (4) zur Potentialtrennung elektrisch voneinander isolierte Wicklungen (3), wobei der Zentralbereich (7) der Vorrichtung zur Potentialtrennung (4) durch eine Komprimierung der Stauchungszone (9) gespannt ist und eine elastische Kraft auf die wenigstens zwei Isolierbereiche (6) in Richtung des Ringkerns (2) ausübt.