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Die Erfindung betrifft ein induktives Bauteil, insbesondere eine Drossel, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Solche induktive Bauteile sind hinlänglich bekannt und beispielsweise in
DE 20 40 681 A1 beschrieben. Die dort offenbarte Drossel verfügt über eine Ringspule mit Anschlusskontakten, innerhalb der ein Blockkern aus ferromagnetischem Material angeordnet ist. Der Blockkern besteht dabei aus laminierten Blechen und verfügt über einen Querschnitt, der senkrecht zur Längsachse der Spule weitgehend ein quadratisches Profil ausfüllt. Ein solcher ferromagnetischer Kern hat den großen Vorteil, dass die Drossel wesentlich weniger Windungen bei gleicher Induktivität als Luftdrosseln benötigen, also als Drosseln, die keinen solchen Kern aus ferromagnetischem Material aufweisen. Um das Auftreten von Wirbelströmen im Spulenkern zu vermeiden bzw. zu reduzieren, wenn Wechselströme die Drossel durchfließen, wird das Kernmaterial in bekannter Weise durch voneinander isolierten Platten oder Folien oder auch Bleche bereitgestellt. Bei diesen sogenannten geblechten Kernen bzw. geblechten Blöcken von ferromagnetischen Kernen werden die Wirbelströme wirksam reduziert bzw. unterdrückt.
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Da Ferritmaterialien ferromagnetisch, aber elektrisch nicht oder fast nicht leitend sind, zeigen Drosseln mit Ferritkern weniger Wirbelstromverluste und können – je nach eingesetztem Werkstoff – auch für sehr hohe Frequenzen eingesetzt werden.
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Zur Erzielung einer möglichst hohen Speicherfähigkeit von Energie des induktiven Bauteils auf möglichst kleinem Bauraum werden optimalerweise die erwähnten geblechten Kerne bzw. Lamellenkerne eingesetzt. Häufig haben diese Kerne jedoch einen quadratischen Querschnitt und sind von einer Ringspule umgeben. Zwischen der äußeren Kontur dieser häufig im Querschnitt quadratischen, geblechten Kerne und der gewollten ringförmigen Spule verbleibt aber verhältnismäßig viel Totraum, also physikalisch ungenutzter leerer Raum. Dieser ungenutzte leere Raum innerhalb des induktiven Bauteils führt zu einer Minderung des magnetischen Flusses im Vergleich zu induktiven Bauteilen, bei denen dieser Raum mit ferromagnetischem Material voll ausgenutzt ist. Der ungenutzte leere Raum führt bei diesen induktiven Bauteilen folglich zu einem größeren Bauraum, so dass diese induktiven Bauteile auch teurer sind.
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Zur Lösung dieses Problems ist in
EP 2 395 517 A1 der Anmelderin vorgeschlagen worden, einen quadratischen, geblechten Kern auf den vier freien Seiten verteilt, vier kleinere, rechteckige Seitenkernteile, die wiederum aus geblechten Platten bestehen, anzuordnen (vgl. dort
16). In einer anderen dort vorgeschlagenen Ausführungsform wird eine gestaffelte Kernkonfiguration aus geblechten Platten vorgeschlagen, welche ausgehend von zwei mittleren Kernblöcken nach oben und unten in der Breite abnehmende geblechte Platten vorsehen, um somit den runden Querschnitt, der von der Ringwicklung umgeben wird, möglichst gut zu nutzen und auszufüllen (vgl. dort
17).
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Wenngleich sich diese an die Innenkontur der Ringspule angepassten, geblechten Platten bzw. Folien oder Dünnbleche durch eine sehr gute, lineare L/I-Kennlinie auszeichnen, ist das Herstellen und die Bearbeitung sowie Montage solcher in ihrer Außengeometrie an die Innenkontur der Ringspule angepasste Ausbildung von geblechten Kernen aufwändig und damit teuer.
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Die Erfindung hat das Ziel, ein induktives Bauteil, insbesondere eine Drossel, anzugeben, bei der ein herkömmlicher, insbesondere quaderförmiger, geblechten Block mit ferromagnetischen Folien oder Blechen, als Kern verwendet werden kann und trotzdem in einfacher Art und Weise die elektromagnetische Eigenschaften und Effizienz des induktiven Bauteils deutlich verbessert sind ohne dabei die Außenkontur des Blockkerns selbst besonders an die Innenkontur der Ringwicklung des induktiven Bauteils anpassen zu müssen.
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Dieses Ziel wird durch ein induktives Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung beruht im Wesentlichen darauf, zwischen dem Blockkern und der Innenwandung der Ringwicklung des induktiven Bauteils mindestens einen ferromagnetischen Füllkörper einzusetzen, wobei der mindestens eine Füllkörper auf seiner dem Blockkern zugewandten Seite einen mindestens abschnittsweise ebenen Flächenabschnitt und auf seiner der Ringwicklung zugewandten Seite einen gebogenen Flächenabschnitt aufweist. Anstelle eines gebogenen Flächenabschnittes kann der Füllkörper auch einen einer Bogenform weitgehend folgenden Flächenabschnitt aufweisen, insbesondere vieleckig ausgebildet sein.
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Vorzugsweise sieht die Erfindung dabei vor, dass auf allen vier um die Längsachse der Ringwicklung herumlaufenden Außenseiten jeweils ein solcher Füllkörper angeordnet ist.
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Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass der oder die Blockkerne in einer Ebene zur Längsachse der Ringspule gesehen, quadratisch oder rechteckförmig gestaltet ist oder sind. Bei einer quadratischen Gestaltung des Blockkerns im Längs- und Querschnitt sind die auf allen vier Seiten vorgesehenen Füllkörper identisch gestaltet, sofern die den Blockkern umgebende Ringspule kreisringförmig ausgebildet ist. Ist dagegen die Ringspule stadionförmig oder oval gewickelt oder der Blockkern rechteckförmig gestaltet, sind die auf sich gegenüberliegenden Seiten des Blockkerns befindlichen Füllkörper jeweils paarweise identisch ausgebildet.
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Zweckmäßigerweise sind die Füllkörper als Zylindersegment gestaltet. Andere Gestaltungsmöglichkeiten sind ebenfalls möglich, z. B. eine Kreis-, Pillen- oder Linsenform.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das induktive Bauteil ein metallisches Gehäuse aufweist, innerhalb welchem die Ringwicklung und der oben erwähnte Blockkern mit den Füllkörpern angeordnet ist. Ein solches metallisches Gehäuse ist aber nicht zwingend notwendig, sofern die Ringspule selbst in einem Vergussmaterial eingebettet und selbsttragend ausgebildet ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb der Ringwicklung in Achsrichtung der Ringwicklung gesehen mehrere zueinander beabstandete Blockkerne angeordnet sind. Die mit einem vorgebbar definierten Spalt zueinander beabstandeten Blockkerne haben den Vorteil, dass das induktive Bauteil so eingestellt werden kann, dass dieses nicht in die Sättigung geht. Die Spalte zwischen den einzelnen Blockkernen ist entsprechend zu wählen.
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Bei der Verwendung mehrerer solcher, zueinander beabstandeter Blockkerne ist es vorteilhaft, dass an jeder um die Längsachse der Ringwicklung herumlaufenden Außenseiten dieser Blockkerne die erwähnten Füllkörper platziert sind. Dabei können die einzelnen, auf den Seiten der Blockkerne platzierten Füllkörper wiederum zylindersegmentförmig ausgebildet sein. Die in Längsrichtung der Ringwicklung nebeneinander liegenden Füllkörper können dabei einen Spalt in Längsrichtung der Ringspule zueinander aufweisen, der kleiner, größer aber auch gleich dem Spalt zwischen den in Längsrichtung beabstandeten Blockkernen des induktiven Bauteils ist. Wird der Spalt zwischen den Füllkörpern kleiner gewählt als der Spalt zwischen den Blockkernen, kann eine bessere magnetische Abschirmung des Hauptluftspaltes der Kerne erreicht werden, so dass die Verluste des induktiven Bauteils d.h. der Wicklung reduziert werden. Insgesamt kann durch die Wahl der Spaltmasse zwischen den Füllkörpern in Bezug auf die Spalte zwischen den Blockkernen die Magnetisierungskurve des induktiven Bauteils in weiten Teilen linear oder degressiv geformt oder justiert werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Innenwandung der Ringwicklung und den Füllkörpern ein erstes Isolationselement, insbesondere ein erstes Isolationsrohr oder eine gebogene Isolationsfolie, angeordnet ist.
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Ein geeignetes Isolationselement hierfür beschreibt aber auch die
EP 2 395 517 A1 der Anmelderin. Dort wird eine Rastenschale als zweiteiliges Isolationsrohr vorgeschlagen, in welchem Rippen zur Aufnahme der magnetischen Kerne vorgesehen sind. Die Rippen trennen die einzelnen Kerne voneinander zur Ausbildung der notwendigen Luftspalte zwischen den magnetischen Kernen.
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Anstelle dieses ersten Isolationsrohres oder zusätzlich hierzu kann ein zweites Isolationselement, insbesondere ein zweites Isolationsrohr, zwischen der Außenwandung der Ringwicklung und dem Gehäuse des induktiven Bauteils vorhanden sein.
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Bereits oben wurde erwähnt, dass die Blockkerne bzw. der Blockkern aus einem Stapel von zueinander jeweils isolierten ferromagnetischen Folien, Blechen oder Platten, insbesondere legierten Eisenblechen (auch „geblechter Block“ genannt), bestehen kann. Der Blockkern kann jedoch auch aus ferromagnetischen Folien oder Blechen bestehen, wobei diese aus SiFe- und/oder NiFe gebildet sind oder amorphe oder nanokristalline Folien oder eine Mischung aus diesen Folien und Blechen sind. Zwischen diesen Platten liegt jeweils wieder eine Isolierung, insbesondere eine Isolierschicht.
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Die genannten Füllkörper bestehen vorzugsweise aus verpresstem Eisenpulver oder einem gesinterten Ferritmaterial, einem verpressten Molybdenum-Permalloy-Pulver, einem verpressten amorphen oder nanokristallinen Pulver oder aus einem verpressten sogenannten Sendust-Pulver.
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Es versteht sich, dass die Ringwicklung bei dem induktiven Bauteil nach der vorliegenden Erfindung prinzipiell jegliche Querschnittsform aufweisen kann, insbesondere eine kreisförmige, eine stadionförmige oder auch eine ovale Kontur.
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Um die elektrischen Eigenschaften des induktiven Bauteils nach der Erfindung noch weiter zu verbessern, hat es sich als günstig herausgestellt, nicht nur Füllkörper zwischen der Ringwicklung und dem Blockkern einzusetzen, sondern weitere Füllkörper aus ferromagnetischem Material auch zwischen die Ringwicklung und dem Gehäuse vorzusehen. Allerdings ist das Vorsehen von Füllkörpern aus ferromagnetischem Material zwischen der Außenwandung der Ringwirkung und dem Gehäuse auch unabhängig von den zuvor erwähnten Füllkörpern im Inneren der Ringwicklung möglich. Hierdurch kann der bisher dort befindliche „physikalische Totraum“ ebenfalls genutzt werden. Zweckmäßigerweise wird zwischen der Außenwandung der Ringwicklung eine geeignete Isolierung bzw. Isolierschicht angebracht. Eine weitere Isolierung, bzw. Isolierschicht, kann zwischen dem Gehäuse und den weiteren Füllkörpern platziert werden.
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Schließlich hat es sich als günstig herausgestellt, zwischen dem Gehäuse und der Außenseite der Ringwicklung eine geeignete Wärmeleitfolie anzuordnen, um das Temperaturverhalten und die Temperaturbeständigkeit des induktiven Bauteils zu optimieren. Eine solche Wärmeleitfolie kann auch zwischen die Innenkontur der Ringwicklung und die Füllkörper eingelegt sein.
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Das induktive Bauteil nach der vorliegenden Erfindung mit optimierten, d. h. deutlich reduzierten Leerraum wird nachfolgend im Zusammenhang mit mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauteils nach der Erfindung mit einer einzigen Ringwicklung und magnetischer Rückführung innerhalb eines Gehäuses in perspektivischer Darstellung,
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2 eine Schnittdarstellung von 1 in einer Ebene entlang der Längsrichtung X der Ringwicklung,
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3 eine perspektivische Darstellung des induktiven Bauteils von 1 bzw. 2 in zusammengebautem Zustand in perspektivischer Darstellung mit Blick auf das Gehäuse des induktiven Bauteils,
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4 ein Ausschnitt der in 1 und 2 erkennbaren Blockkerne mit seitlich aufgesetzten Füllkörpern,
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5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauteils nach der Erfindung mit zwei parallel zueinander angeordneten Ringwicklungen und Jochen in perspektivischer Darstellung,
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6 ein Schnittbild durch einen Blockkern von 5 mit seitlich aufgesetzten Füllkörpern,
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6a–d Prinzipdarstellungen von weiteren möglichen Blockkernen mit seitlich angeordneten Füllkörpern,
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7 eine perspektivische Darstellung des komplett montierten induktiven Bauteils von 5,
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8 ein drittes Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauteils nach der Erfindung mit drei zueinander parallel angeordneten Ringwicklungen und zwei Jochen,
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9 eine Schnittdarstellung durch einen Blockkern von 8 mit seitlich aufgesetzten Füllkörpern,
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10 das induktive Bauteil von 8 in zusammengebautem Zustand in perspektivischer Darstellung,
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11 ein viertes Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauteil nach der Erfindung mit halbschalenförmigen, äußeren Füllkörpern sowie Jochplatten, und
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12 eine Schnittansicht durch das fertig montierte Bauteil von 11.
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In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
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In 1 ist in perspektivischer Darstellung ein induktives Bauteil 1 dargestellt, welches in ein quaderförmiges Gehäuse 10 eingebaut ist. Das fertig montierte induktive Bauteil ist in 3 gezeigt. Das Gehäuse 10 mit seinen vier im rechten Winkel zueinander angeordneten Gehäuseplatten ist auf seiner vorderen und hinteren Seite jeweils mit einem Gehäusedeckel 14 abgeschlossen.
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Die einzelnen Komponenten des induktiven Bauteils 1 sind in 1 dank der perspektivischen Explosionsdarstellung gut zu erkennen. Zentraler Bestandteil des induktiven Bauteils 1 ist eine Ringwicklung 20 mit zwei Anschlusskontakten 22, die jeweils aus dem vorderen Gehäusedeckel 14 und dem hinteren Gehäusedeckel 14 des Gehäuses 10 isoliert herausragen (vgl. hierzu 3). Die Ringwicklung 20 ist um eine Längsachse X kreisringförmig gewickelt. Aufgrund der Vielzahl von nebeneinanderliegenden Windungen in X-Richtung weist die Ringwicklung 20, wie dargestellt, eine kreis-zylindrische Form auf. Im Inneren der Ringwicklung 20 sitzen im dargestellten Ausführungsbeispiel vier in Längsrichtung X zueinander beabstandete Blockkerne aus weichmagnetischem Material. Die Blockkerne sind mit den Bezugszeichen 30 bezeichnet und die dazwischenliegende Spalte mit dem Bezugszeichen 32. Diese Spalte 32 sind regelmäßig mit einem geeigneten Isoliermaterial, insbesondere Harz, gefüllt. Andere Materialien insbesondere isolierende Wärmeleitmaterialien sind ebenfalls möglich. Denkbar wäre auch Luft, wobei die Blockkerne 30 dann in geeigneter Art und Weise auf Abstand zur Bildung des Spaltes gehalten werden müssen. Die Blockkerne 30 sind jeweils quaderförmig mit gleichgroßen oder nahezu gleichgroßen Seitenflächen. Jeder der Blockkerne 30 besteht vorzugsweise aus metallischen Folien oder Blechen, insbesondere amorphen Nanokristallinen oder Eisenblechen, was herkömmlich als „geblechter Block“ bezeichnet wird. Die einzelnen metallischen Folien oder Bleche sind zueinander isoliert, insbesondere mit einer Isolierschicht versehen oder einer separaten Isolierschicht getrennt. Diese Isolierschicht kann auch eine Klebeschicht sein. Jeder der Blockkerne 30 kann allerdings auch aus einem Block von ferromagnetischen Folien oder Blechen bestehen, insbesondere SiFe und/oder NiFe gebildet sind oder, wie erwähnt, aus amorphen oder nanokristallinen Folien, die jeweils wiederum zueinander isoliert sind. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Blockkerne 30 aus einer Mischung der vorgenannten Materialien gebildet sind.
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Die Außenkontur der Blockkerne 30 ist so groß gewählt, dass die Blockkerne 30 möglichst maximal den Innenraum der Ringwicklung 20 ausfüllen. Aufgrund der Blockstruktur der Blockkerne 30 verbleiben jedoch Zwischenräume zwischen den Außenseiten der Blockkerne 30 und der Innenkontur der Ringwicklung 20. Um diese Zwischenräume möglichst maximal auszufüllen, sind weichmagnetische Füllkörper 40 vorgesehen, die einerseits mit ihrem ebenen Flächenabschnitt 40a den Außenseiten der Blockkerne 30 gegenüberliegen und jeweils einen gebogenen Flächenabschnitt 40b aufweisen, der an die Innenkontur der Ringwicklung 20 angepasst ist.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist jeder um die Längsachse X herauslaufenden Außenfläche des Blockkerns 30 ein eigener weichmagnetischer Füllkörper 40 zugeordnet. Die weichmagnetischen Füllkörper 40 sind ebenfalls zueinander beabstandet um einen Spalt 42. Wie 4 zeigt, kann dieser Spalt 42 kleiner als der Spalt 32 zwischen den Blockkernen 30 ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Spalt 42 gleich oder größer wie der Spalt 32 ausgebildet ist. Wichtig ist lediglich, dass die beiden Spalte 42, 32 möglichst zur Längsachse X zueinander ausgerichtet sind, also die Mitte des Spaltes 42 mit der Mitte des zugehörenden Spaltes 32 fluchtet. Über diese Spalte 42 kann eine gute magnetische Abschirmung erreicht werden, sofern diese eng genug gewählt ist.
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Zusätzlich ist durch diese Spalte 42, die gewöhnlich Luftspalten sind, eine gewünschte Kennlinie L (I) mehr oder weniger degressiv bzw. linear einstellbar.
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Die erfindungsgemäße Verknüpfung von unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften der Blockkerne 30 und der Füllkörper 40 sowie der variablen und frei wählbaren „Luftspalte“ 32, 42 ermöglichen nahezu unbegrenzt, d. h. variable L von (I)-„Matrix-Kennlinien“ bei physikalisch „Leerraum-reduzierten Drosseln“, wie diese vorgestellt werden.
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Durch diese Ausbildung können:
- A) leicht bis stärker degressive Kennlinien,
- B) höhere bis niedrigere Anfangsinduktivitäten,
- C) linearisierte Kennlinien bis zur Mischform,
- D) degressiv bis lineare Kennlinien oder
- E) quasi lineare Kennlinien
erzeugt werden mit dem Vorteil, dass bei solchen Drosseln (im Vergleich zu Kern-Dachschliff-Quader-Drosseln) weniger Windungen und damit auch weniger Verluste auftreten als bei der Herstellung von z. B. degressiven Kennlinien.
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Dies ist u.a. dadurch bedingt, dass beim sogenannten „Dachschliff“ jeweils im Kernzentrum die „Luftspalte“ kleiner und zum Außenmantel der Kernscheiben oder Quader größer werden, was die Wirbelströme in Wicklungen tendenziell erhöht.
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Bei der vorhandenen Kombination von Blockkernen 30 und Füllkörpern 40 ist es genau umgekehrt. Hier werden degressive und stärker degressive Kennlinien dadurch erzeugt, dass die Luftspalte in Inneren des Kernes 32 größer und die Luftspalte der Füllkörper 42 kleiner sind. Das hat zur Folge, dass das Austreten des magnetischen Streufeldes im Innendurchmesserbereich der Wicklung stark eingeschränkt wird und die Wirbelstromverluste um die Luftspaltkonfigurationen in den Wicklungen vermindert werden. Das sind die kleineren Luftspate der Füllkörper 40 zu den Blockkernen 30 sind möglich, weil die Eisenpulverfüllkörper selbst schon eine Vielzahl von Mikro-Luftspalten (und Abstände der Eisenpartikel mit ihren Füllstoff-Abständen) aufweisen und sich diese Abstände zu den kleineren Luftspalten 42 addieren. Deshalb kommt es trotz deutlich kleinerer Luftspalte als bei 32 nicht zu einer magnetischen Sättigung in den Füllkörpern und nicht zum Ausfall der Teilinduktivität-Füllkörper 40.
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Hinzu kommt – und das ist besonders wichtig – dass erfindungsgemäß eine wesentlich einfachere Herstellung, geringere Materialkosten, niedrigere Gewichte, Volumen in erster Linie bei Standard- aber auch speziellen Kennlinien-Drosseln möglich ist.
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Als nicht unbeträchtlicher Zusatznutzen der Füllkörper 40 ergibt sich eine deutlich bessere Wärmeableitung als z. B. bei der Verwendung von Gießharz an dieser Stelle. Das verwendete Eisenpulver bewirkt eine deutlich bessere Wärmeleitung als Gießharzauffüllungen in den Leer- oder physikalischen Toträumen und leitet die Wärme-Kernverluste über die Wicklungen radial nach außen, aber auch bei mit Wärmeleitmaterial gefüllten „Luftspalten“ axial – zu den Jochen – nach außen.
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1 zeigt deutlich, dass die einzelnen weichmagnetischen Füllkörper 40 als Zylindersegmente ausgebildet sind mit einem ebenen Flächenabschnitt 40a, der der jeweiligen Oberfläche des zugehörenden Blockkerns 30 zugeordnet ist und mit seinem gebogenen Flächenabschnitt 40b, welcher jeweils der Innenkontur der Ringwicklung 20 gegenüberliegt. Die Flächenabschnitte 40a können unmittelbar auf den Außenflächen der Blockkerne 30a aufliegen oder aber auch durch geeignete Isolierschichten davon getrennt sein.
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Im Ausführungsbeispiel von
1 sind an jeder Außenseite eines Blockkerns
30 weichmagnetische Füllkörper
40 platziert, also an jedem Blockkern
30 vier weichmagnetische Füllkörper
40. Insgesamt zeichnet sich das induktive Bauteil von
1 durch vier in Längsachsrichtung X nebeneinander angeordnete Blockkerne
30 aus, um die herum sechzehn Füllkörper
40 angeordnet sind. Die Füllkörper
40 sind dabei so gestaltet, dass möglichst kein oder fast kein freier Raum zwischen den Blockkernen
30 und der Innenkontur der Ringwicklung
20 verbleibt. Allerdings kann ein Isolationselement
70, insbesondere ein Isolationsrohr zwischen die Füllkörper
40 und die zylindrische Innenwandung der Ringwicklung
20 eingesetzt sein, so wie es
1 zeigt. Dieses Isolationsrohr
70 kann zweckmäßigerweise so gestaltet sein, wie es die
EP 2 395 517 A1 vorschlägt (vgl. dort insbesondere
1).
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Es ist allerdings möglich, dass zwischen den Oberflächen der Blockkerne 30 und den ebenen Flächenabschnitten 40a der Füllkörper 40 und/oder der Innenkontur der Ringwicklung 20 und den gebogenen Flächenabschnitten 40b der Füllkörper 40 dünne Isolierschichten vorgesehen sind. Zweckmäßigerweise kann zur Realisierung solcher Isolierschichten Gießharz verwendet werden, wodurch die einzelnen Komponenten auch sicher fixiert werden können.
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Die Länge der hintereinander in Längsrichtung X angeordneten Blockkerne 30 und der darauf befindlichen weichmagnetischen Füllkörper 40 ist mindestens annähernd so lang gestaltet, wie die Längserstreckung der Ringwicklung 20 in Längsrichtung X.
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Im zusammengebauten Zustand des induktiven Bauteils 1 befinden sich die Blockkerne 30 mit den Füllkörpern 40 im Inneren der Ringwicklung 20. Dies ist besonders gut in der Schnittdarstellung von 2 zu erkennen.
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Auf der vorderen Stirnseite des induktiven Bauteils 1 sind zwischen dem Gehäusedeckel 14 und dem ersten Blockkern 30, der sich in 4 vom Betrachter aus links befindet, eine Jochplatte 60 bzw. ein Joch 60, angeordnet. Ein ähnliches Joch, bzw. eine ähnliche Jochplatte 60, befindet sich zwischen dem hinteren Gehäusedeckel 14 und dem Blockkern 30, der sich in 1 vom Betrachter aus gesehen am weitesten rechts befindet. Diese Joche 60 dienen hier dem magnetischen Rückfluss.
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Für das induktive Bauteil 1 ist es weiterhin zweckmäßig, zur Vermeidung von weiteren Toträumen zwischen der Ringwicklung 20 und den plattenförmigen Gehäuseteilen des Gehäuses 10 weitere weichmagnetische Füllkörper 50 vorzusehen, wie dies in 1 gezeigt ist. Hier ist um die Außenkontur der Ringwicklung 20 ein zweites Isolationsrohr 80 als Isolationselement platziert. Zwischen diesem Isolationsrohr 80 und der Innenwandung des Gehäuses 10 sind eine Vielzahl von weiteren weichmagnetischen Füllkörpern 50 angeordnet, die zur Längsachse X abgewandt eine rechtwinklige Außenkontur aufweisen und in den Kanten des Gehäuses 10 sitzen und zur Längsrichtung X zugewandt und damit zur Ringwicklung 20 zugewandt eine bogenförmige Innenkontur haben. Mit diesen weiteren weichmagnetischen Füllkörpern 50, die z. B. aus verpresstem Eisenpulver bestehen, können die elektrischen Eigenschaften des induktiven Bauteils 1 weiter verbessert werden. Diese weiteren Füllkörper 50 sind in 1 so gestaltet, dass jeweils drei Füllkörper 50 parallel zur Längsachse X in einer Kante des Gehäuses 10 nebeneinander sitzen und jeweils von einem Spalt 52 getrennt sind. Jeder dieser insgesamt 12 Füllkörper 50 umgreift die Ringwicklung um weniger als 45°. Anstelle von jeweils drei zueinander beabstandeten Füllkörpern 50 zu verwenden, kann auch ein stangenförmiger Füllkörper eingesetzt werden, der in einstückiger Weise die drei dargestellten Füllkörper 50 als ein Stück ersetzt.
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Das Material dieser weiteren weichmagnetischen Füllkörper 50 kann das identische Material sein, wie es für die weichmagnetischen Füllkörper 40 verwendet wird. Es kann sich hierbei um ein verpresstes Eisenpulver ein gesintertes Ferritmaterial, ein verpresstes Ferritpulver, ein verpresstes Molybdenum-Permalloy-Pulver, ein verpresstes amorphes oder nanokristallines Pulver oder ein verpresstes Sendust-Pulver handeln. Die einzelnen Füllkörper 40, 50 können auch aus einer Mischung dieser Materialien bestehen.
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Das erwähnte Isolationsrohr 80 kann auch als Wärmeelement oder Wärmeleitfolie ausgebildet sein oder es kann zusätzlich eine Wärmeleitfolie um das Isolationsrohr 80 platziert sein. Analog gilt dies auch für die Luftspalte.
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Die erwähnten Jochplatten 60 können ebenfalls aus verpresstem Eisenpulver oder aus den oben erwähnten Materialien, wie es für die Füllkörper 40, 50 verwendet wird, hergestellt sein. Die erwähnten Gehäusedeckel 40 können aus Kunststoff bestehen.
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Das Ausführungsbeispiel von 5 unterscheidet sich im Wesentlichen von dem Ausführungsbeispiel in 1 dadurch, dass zwei Ringwicklungen 20 parallel nebeneinander liegen zusammen mit entsprechenden Blockkernen 30 und wiederum zugeordneten ersten Füllkörpern 40. Die Joche oder Jochplatten 60 auf den beiden Stirnseiten des induktiven Bauteils 1 sind so lang gestaltet, dass sie die parallel liegenden Stapel aus Blockkernen 30 überragen. Auf diesen Jochplatten 60 sitzt jeweils ein Jochhalter 17, welcher mit geeigneten Schrauben 16 an die beiden Stirnseiten der Gehäuse 10 befestigt ist und nach Anzug die Induktivität justiert vor dem Verguss. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel von 1 ragen die Anschlusskontakte 22 der Ringwicklungen 20 jetzt nicht stirnseitig aus dem Gehäuse 10, sondern sind über Anschlusskontaktklemmen 22a mit den Anschlusskontakten 22 der Ringwicklungen 20 verbunden. Die Anschlusskontaktklemmen 22a ragen dabei durch Öffnungen auf der Oberseite der Gehäuse 10.
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6 zeigt ein Schnittbild entsprechend der Schnittebene A von 5 durch einen Blockkern 30 mit bereits seitlich angeordneten Füllkörpern 40. Es ist deutlich der quaderförmige Blockkern 30 mit seinen vier Seitenflächen zu erkennen, die vorliegend jeweils gleichlang sind. Der Blockkern 30 besteht in diesem Ausführungsbeispiel, wie angedeutet, aus gestapelten Blechen, die voneinander isoliert sind. Die Isolierschicht ist zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Auf der Oberseite, Unterseite und auf der rechten und linken Seite des Blockkerns 30 schließen die erwähnten weichmagnetischen Füllkörper 40 an, die auf der dem Blockkern 30 zugewandten Seite einen ebenen Flächenabschnitt 40a und auf der der Innenkontur der Ringwicklungen 20 zugewandten Seite einen gebogenen Flächenabschnitt 40b aufweisen. Da im Ausführungsbeispiel von 5 die Innenkontur der Ringwicklungen 20 kreisrund ist, ist der gebogene Flächenabschnitt 40b ein Kreissegment bzw. ein Zylindersegment.
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Die Blockkerne 30 und die an den Block 30 angeordneten Füllkörper 40 müssen jedoch nicht notwendigerweise die in 6 dargestellte Kontur aufweisen. Abwandlungen hierzu sind in vielfältiger Art und Weise möglich. In den 6a bis 6d sind solche Abwandlungen beispielhaft dargestellt. So zeigt 6a in Schnittansicht wiederum einen Blockkern 30 mit geschichteten, übereinander liegenden weichmagnetischen Folien oder Blechen, an denen an jeder Seitenwand wieder ein Füllkörper sitzt.
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Allerdings haben diese Füllkörper 40 zwar eine dem Blockkern 30 zugewandten, ebene Fläche 40a. Der gebogene Flächenabschnitt 40b ist jedoch durch eine Vielzahl aneinander liegende, ebenfalls gerade Flächenabschnitte angenähert. Der gebogene Flächenabschnitt 40b ist deshalb durch eine Vielzahl von Ebenen, im Winkel zueinander stehenden Flächen realisiert. Im Schnittbild von 6a handelt es sich bei den angenäherten, gebogenen Flächenabschnitten 40b der Füllkörper 40 um Vielecke.
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In 6b ist wiederum ein quaderförmiger Blockkern 30 dargestellt. Auf dessen oberen und unteren Seite sind jedoch zwei kleinere Blockkerne aufgesetzt als sogenannte Blockkernaufsatzteile 33a. Links und rechts von dem Blockkern 30 befinden sich, wie bereits erläutert, die Füllkörper 40 mit ihren geraden Flächenabschnitten 40a und gebogenen Flächenabschnitten 40b. Die beiden oben und unten auf dem Blockkern 30 aufsitzenden Füllkörper 40a verfügen jedoch über eine nutförmige Ausnehmung, in der die Blockkernaufsatzteile 30a Platz finden. Gemäß 6b verfügt der obere und untere Füllkörper 40 über drei ebene Flächenabschnitte 40a, wovon der mittlere, ebene Flächenabschnitt 40a mit den äußeren, ebenen Flächenabschnitten 40a über einen jeweils zurückspringende Flächenabschnitte 40c in Verbindung steht.
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In 6c sind zwei nebeneinander angeordnete Blockkerne 30 vorgesehen, zwischen denen ein Füllkörpermittelteil 41 platziert ist. Dieses Füllkörpermittelteil 41 kann aus dem gleichen Material bestehen, wie die bereits erwähnten Füllkörper 40.
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In 6d ist eine weitere Variante eines Blockkernes mit seitlich angefügten Füllkörpern 40 dargestellt. Der Blockkern 30 ist wiederum quaderförmig gestaltet und verfügt auf seiner oberen und unteren Seite über zwei Blockkernaufsatzteile 30b mit einer abgerundeten Außenkontur, so dass es nicht mehr notwendig ist, auf den oberen und unteren Seiten des Blockkerns 30 Füllkörper 40 der vorgenannten Art aufzusetzen. Solche Füllkörper befinden sich lediglich noch links und rechts von dem Blockkern 30.
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In 7 ist das induktive Bauteil von 5 im zusammengebauten Zustand in perspektivischer Ansicht gezeigt. Die bereits bekannten Bezugszeichen stehen wiederum für die bereits erläuterten Teile.
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Das in den 8, 9 und 10 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel zeigt ein induktives Bauteil 1 mit drei nebeneinander angeordneten Ringwicklungen 20. Die Ringwicklungen 20 haben jetzt eine ovalen bzw. stadionförmige Innenkontur. Um den Innenraum dieser Ringwicklungen 20 möglichst optimal auszufüllen, sind die Blockkerne 30 jetzt zwar ebenfalls quaderförmig gestaltet, jedoch als rechteckförmige Quader mit Seitenflächen, die nur paarweise gegenüberliegend gleich groß sind. In der Darstellung von 8 und in der zugehörenden Schnittdarstellung von 9 ist ersichtlich, dass die Blockkerne 30 eine größere Höhe aufweisen als Weite. Diese rechteckförmige Quaderstruktur der Blockkerne 30 ist der Innenkontur der stadionförmigen Ringwicklungen 20 angepasst. Auf den oberen und unteren freien Flächen der Blockkerne 30 liegen wiederum die Füllkörper 40, die im Vergleich zu den seitlich anliegenden Füllkörpern 40 kleiner gestaltet sind.
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Zur verbesserten Wärmeableitung sind zwischen der Gehäuseinnenwandung und der Ringwicklung 20 Wärmeleitfolien 95 platziert. Zusätzlich kann zu einer besseren Wärmeabfuhr auf der Außenseite des jeweiligen Gehäuses 10 ein Kühler 90, insbesondere eine Kühlplatte 90, angebracht sein. Zusätzlich können die Luftspalte – wie erwähnt – mit elastischem Wärmematerial ausgefüllt sein.
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Die in den 8, 9 und 10 verwendeten übrigen Bezugszeichen stehen wiederum für die gleichen Teile und haben die bereits erläuterte Bedeutung.
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In 11 ist in perspektivischer Ansicht ein viertes Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauteils 1 nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. 12 zeigt eine Schnittansicht durch das fertigmontierte, induktive Bauteil 1 von 11. Die bereits verwendeten Bezugszeichen stehen für die gleichen Teile. Im Unterschied zu dem induktiven Bauteil von 1 sind die außen an der Ringwicklung 20 platzierten weichmagnetischen Füllkörper 50 anders, nämlich brückenförmig geformt, so dass sich jeweils zwei Füllkörper 50 gegenüber liegen und jeweils nahezu die Hälfte und der Ringwicklung 20 bogenförmig überspannen. Es liegen jeweils drei solcher Füllkörper 50 in X-Richtung nebeneinander, wobei jeweils zwei dieser insgesamt sechs Füllkörper 50 gegenüber liegen. Im zusammengebauten Zustand liegt die Jochplatte 60 auf den beiden gegenüberliegenden und dem Betrachter links außen zugewandten Füllkörper 50 auf und bildet so einen Rückfluss des gesamten induktiven Bauteils 1. Eine ähnliche magnetisch leitende Joche oder Jochplatte 30 sitzt auf der dem Betrachter abgewandten Seite des induktiven Bauteils 1 und verbindet magnetisch die beiden rechts oben liegenden, äußeren Füllkörper 50.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- induktives Bauteil, insbesondere Drossel
- 10
- Gehäuse
- 14
- Gehäusedeckel
- 16
- Schrauben
- 17
- Jochhalter
- 20
- Ringwicklung
- 22
- Anschlusskontakte
- 22a
- Anschlusskontaktklemmen
- 30
- Blockkern weichmagnetisch
- 32
- Spalt
- 33a
- Blockkernaufsatzteil
- 33b
- Blockkernaufsatzteil
- 40
- weichmagnetischer Füllkörper, innen
- 40a
- ebener Flächenabschnitt
- 40b
- gebogener Flächenabschnitt
- 40c
- zurückspringender Flächenabschnitt
- 41
- Füllkörpermittelteil
- 42
- Spalt
- 50
- weichmagnetischer Füllkörper, außen
- 52
- Spalt
- 60
- Joche oder Jochplatten
- 70
- erstes Isolationselement
- 80
- zweites Isolationselement
- 90
- Kühlkörper
- 95
- Wärmeleitfolie
- A
- Schnittebene
- X
- Achse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2040681 A1 [0002]
- EP 2395517 A1 [0005, 0017, 0051]
