DE102016219788B4

DE102016219788B4 - Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers

Info

Publication number: DE102016219788B4
Application number: DE102016219788.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Maier; Uwe Weiss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2016-10-12
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2036-10-13
Also published as: WO2018068964A1; DE102016219788A1; US20190343929A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers mit den Schritten:
- Wickeln eines ersten Bandumlaufs (7) eines ferromagnetischen Bandmaterials (3) durch zwei Öffnungen (2) einer Leiterplatte (1) mit integrierter Leiterbahn (5);
- Abschließen des ersten Bandumlaufs (7) durch einen Fixierungspunkt (8);
- Aufwickeln des weiteren ferromagnetischen Bandmaterials (3) auf den ersten Bandumlauf (7) als Träger.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers.
Bekannt sind Stromwandler vom Typ „Ringkernwandler“. Ein Sekundärkreis eines solchen Stromwandlers umfasst typischer Weise eine Ringwicklung, die auch Sekundärwicklung genannt wird. Der Primärkreis des Stromwandlers ist ein Draht, der durch den Ringkern (Eisenkreis) hindurchgeführt wird. Auf Grund gesetzlicher Erfordernisse sind bei der Ausgestaltung des Stromwandlers vorbestimmte Luft- und Kriechstrecken einzuhalten, etwa zwischen dem primär- und dem sekundärseitigen Anschluss oder zwischen dem primärseitigen Anschluss und der Ringwicklung. Die Ringwicklung besteht üblicher Weise aus Lackdraht, der für die gesetzlichen Vorgaben als nicht isoliert gilt. Der den Primärkreis bildende Draht hingegen ist üblicher Weise ausreichend isoliert. Es sind bestimmte Mindestabstände zwischen den abisolierten, freien Enden des Primärkreisdrahts zur Ringwicklung einzuhalten.
Neben diesen Ringkernwandlern gibt es auch Wandler, die aus wechselseitig geschichteten Blechen mit einem Spulenkörper bestehen. Der Spulenkörper hat den Vorteil, dass man ihn einfach und schnell wickeln kann. Für den Spulenkörper hat man jedoch wieder einmalige Werkzeugkosten. Insgesamt gesehen sind aber die Genauigkeit und der Dynamikumfang bei diesem Wandler schlechter als beim Ringkernwandler.
Die oben ausgeführten Beispiele für einen Stromwandler weisen mehrere Nachteile auf. So ist es mit einem erheblichen Aufwand verbunden, die sekundären Windungen aufzubringen. Zudem müssen Anschlusslitzen angeschlagen werden, die wiederum mit der Leiterplatte kontaktiert werden müssen. Außerdem wird bei einer Trennung der Stromwandlerbaugruppe von der Leiterplatte mehr Bauraum benötigt.
Die US 4 706 017 A zeigt einen Stromsensor, bestehend aus einer planaren Spule auf einer Leiterplatte, die von einem geschlossenen Magnetkern aus ferromagnetischem Bandmaterial durchsetzt ist. Der Stromwandler besitzt als Magnetkern oder -rückschluss eine einzige Lage eines ferromagnetischen Streifens, die durch die beiden Öffnungen der Leiterplatte geführt, sowie mittels einer Niete an ihr fixiert ist.
Die JP 2000-21 661 A beinhaltet einen Stromsensor auf CT-type (Current Transformer) Basis, dessen Primär- sowie Sekundärseite auf einer Leiterplatte angebracht sind. Der Magnetkern besteht hierbei aus zwei Hälften und wird durch die Öffnungen der Leiterplatte hindurch verbunden.
Die DE 10 2012 016 569 A1 und die DE 37 21 759 A1 beschreiben Transformatoren, deren Wicklungen auf einer Leiterplatte angebracht sind. Die Ausgestaltung der jeweiligen Ferritkerne als Magnetrückschluss ist bei beiden Druckschriften durch einen E-förmigen Transformatorkern realisiert, der aus zwei Hälften bestehend durch eine Leiterplatte hindurch gesteckt ist.
Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers anzugeben, welches auf einfache Art und Weise die oben genannten Nachteile ausräumt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers mit den Schritten gelöst:

- Wickeln eines ersten Bandumlaufs eines ferromagnetischen Bandmaterials durch zwei Öffnungen einer Leiterplatte mit integrierter Leiterbahn;
- Abschließen des ersten Bandumlaufs durch einen Fixierungspunkt;
- Aufwickeln des weiteren ferromagnetischen Bandmaterials auf den ersten Bandumlauf als Träger.

Um den gewickelten Spulenaufbau aus einem ferromagnetischen Bandmaterial herzustellen, wird der Anfang des Bandmaterials nach dem ersten Bandumlauf, also nach der ersten Spulenwicklung, am folgenden Bandmaterial durch einen Fixierungspunkt befestigt. Der Fixierungspunkt kann in Form einer Punktschweißung oder einer Klebung umgesetzt werden. Diese erste Spulenwicklung stellt auch gleichzeitig den stabilen Träger der nachfolgenden Bandumläufe beziehungsweise Spulenwicklungen dar. Das nachfolgende Bandmaterial wird darauf aufgewickelt. Das Ende des Bandmaterials wird auf der bereits aufgewickelten Spule ebenfalls über einen Fixierungspunkt befestigt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass das Ende des Bandumlaufs mit einem Fixierungspunkt beendet wird.
In einer weiteren speziellen Fortführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass als Fixierungspunkte Punktschweißungen oder Klebungen verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Leiterplattenstromwandler weist einen Eisenkreis auf. Dieser Eisenkreis verfügt über einen gewickelten Spulenaufbau aus einem ferromagnetischen Bandmaterial. Der Aufbau dieses erfindungsgemäßen Leiterplattenstromwandlers sieht eine Leiterplatte vor mit zwei vorzugsweise rechteckig ausgebildeten Öffnungen, die sich gegenüberliegend positioniert sind. Durch die Öffnungen ist ein ferromagnetisches Bandmaterial gewickelt. Zwischen den Öffnungen in der Leiterplatte ist ein Primärdraht ausgebildet, über welchen das ferromagnetische Bandmaterial verlegt ist. Auf der Leiterplatte ist vorzugsweise um eine Öffnung herum eine Leiterbahn als Sekundärwicklung, vorzugsweise als Kupferbahn aufgedruckt. Das ferromagnetische Bandmaterial ist durch die zwei Öffnungen der Leiterplatte geführt und verläuft zudem oberhalb und unterhalb der Leiterplatte.
Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 in einer perspektivischen Darstellung das durch Öffnungen in einer Leiterplatte aufgewickelte ferromagnetische Bandmaterial;
2 in einer schematischen Darstellung das Aufwickeln des ferromagnetischen Bandmaterials auf die Leiterplatte.

In 1 ist eine Leiterplatte 1 mit zwei vorzugsweise rechteckig ausgebildeten Öffnungen 2 dargestellt, die sich gegenüberliegend positioniert sind. Durch die Öffnungen 2 ist ein ferromagnetisches Bandmaterial 3 gewickelt. Zwischen den Öffnungen 2 in der Leiterplatte 1 ist ein Primärdraht 4 ausgebildet, über welchen das ferromagnetische Bandmaterial 3 verlegt ist. Auf der Leiterplatte 1 ist vorzugsweise um eine Öffnung 2 eine Leiterbahn 5 als Sekundärwicklung, vorzugsweise als Kupferbahn aufgedruckt. Das ferromagnetische Bandmaterial 3 ist durch die zwei Öffnungen 2 der Leiterplatte 1 geführt und verläuft zudem oberhalb und unterhalb der Leiterplatte 1.
In 2 ist das Aufwickeln des ferromagnetischen Bandmaterials 3 auf die Leiterplatte 1 dargestellt. Die 2 umfasst drei unterschiedliche Prozessabschnitte. Im ersten Prozessabschnitt ist dargestellt, wie der Beginn eines ferromagnetischen Bandmaterials 3 über eine Mehrzahl von Spulenwicklungsvorrichtungen 6 geführt wird. Der zweite Prozessabschnitt zeigt die Beendigung des ersten Bandumlaufs 7, die durch einen Fixierungspunkt 8 gekennzeichnet ist. Der dritte Prozessschritt zeigt die weitere Aufwicklung des ferromagnetischen Bandmaterials 3 auf den als stabilen Träger dienenden ersten Bandumlauf 7. Die letzte Spulenwicklung wird ebenfalls durch einen Fixierungspunkt 8 gekennzeichnet.
Die Montage und Fixierung des gewickelten Bandmaterials zeichnet sich durch eine mechanisch definierte und reproduzierbare Fixierung des Bandmaterials aus. Das heißt, die magnetischen Eigenschaften bleiben auch bei äußeren mechanischen Einflüssen und über die Lebensdauer gleich. Es wird eine Fixierung des Bandmaterials zur Leiterplatte vorgenommen. Außer den Fixierungspunkten, die über eine Punktschweißung oder eine Klebung vorgenommen werden können, am Wickelanfang beziehungsweise am Wickelende, sind keine weiteren Montagehilfen notwendig.
Der erfindungsgemäße Leiterplattenstromwandler zeichnet sich dadurch aus, dass das aufwändige separate Aufbringen der sekundären Windung auf einen Eisenkreis entfällt, da die Windungen in der Leiterplatte integriert sind. Durch die Integration der Sekundärwindung in die Leiterplatte müssen keine Anschlusslitzen angeschlagen werden und diese müssen auch nicht mit der Leiterplatte kontaktiert werden. Durch die Integration des Eisenkreises in die Leiterplatte ergibt sich ein deutlich kompakterer Aufbau für den erfindungsgemäßen Leierplattenstromwandler mit einem geringeren Bedarf an Bauraum.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplatte
2: Öffnung
3: Ferromagnetisches Bandmaterial
4: Primärdraht
5: Leiterbahn
6: Spulenwicklungsvorrichtung
7: Erster Bandumlauf
8: Fixierungspunkt

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenstromwandlers mit den Schritten: - Wickeln eines ersten Bandumlaufs (7) eines ferromagnetischen Bandmaterials (3) durch zwei Öffnungen (2) einer Leiterplatte (1) mit integrierter Leiterbahn (5); - Abschließen des ersten Bandumlaufs (7) durch einen Fixierungspunkt (8); - Aufwickeln des weiteren ferromagnetischen Bandmaterials (3) auf den ersten Bandumlauf (7) als Träger.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Bandmaterials mit einem Fixierungspunkt (8) beendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Fixierungspunkt (8) Punktschweißungen oder Klebungen verwendet werden.