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Die vorliegende Erfindung betrifft ein induktives Bauelement und insbesondere die Einhaltung von Isolationsanforderungen bei sehr kompakten induktiven Bauelementen.
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Induktive Bauelemente, wie z.B. Transformatoren und Drosseln, werden in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen eingesetzt. Ein Anwendungsbeispiel hierfür stellt die Elektronik in Automobilen dar, in der induktive Bauelemente u.a. zum Beispiel als Zündtransformatoren für Gasentladungslampen oder Filterdrosseln eingesetzt werden. Dabei führten die im Automobilbereich vorangetriebenen umfangreichen Entwicklungen bezüglich der Automobilelektronik zu einer stark ansteigenden Anzahl von Elektronikkomponenten, zum Beispiel zur Anwendungen im Fahrzeug als Kombiinstrumente, die zur Anzeige von Daten im Auto dienen, zur Steuern des Motorsteuerung mit einer Ansteuerung der Zündanlage oder des Einspritzsystems, in Antiblockier- und Fahrdynamikregelsystemen, in der Steuerung von Airbags, in Bodycontrolunits, in Fahrerassistenzsystemen, in Autoalarmanlagen und Multimediageräten, wie z.B. Navigationssysteme, TV-Turner usw.
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Die mit dieser Entwicklung steigende Anzahl an elektronischen Geräten in Automobilen macht zum Beispiel weitere Anpassungen der Elektronikkomponenten hinsichtlich ihrer Baugröße erforderlich, um die im Automobil seitens der Fahrzeugkonstruktion vorgegebenen Bauräume trotz der immer umfangreicheren und komplexeren Elektronik in Automobilen einzuhalten. Im Allgemeinen bestehen weitere Anforderungen an die Elektronik in Automobilen hinsichtlich der Robustheit, des Temperaturbereichs (z.B. die Gewährleistung der Betriebsfähigkeit in einem Temperaturbereich von -40°C bis etwa 120°C), der Schwingungs- und Stoßfestigkeit (hervorgerufen durch Erschütterungen im Fahrzeugbetrieb), usw., wodurch die Zuverlässigkeit der Elektronik über einen möglichst großen Zeitraum hinsichtlich verschiedenster Bedingungen und Zustände gewährleistet werden soll.
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Neben den anwendungsbezogenen Bedingungen hinsichtlich einer Bauteilgröße, die insbesondere auf eine kompaktere Ausgestaltung von Elektronikkomponenten gerichtet ist, um vorgegebenen Bauräumen zu genügen, beispielsweise als eine vorgegebene maximale Montagefläche, die eine Elektronikkomponente auf einem Träger, wie z.B. einer Leiterplatte, an der die Elektronikkomponente anzubringen ist, höchstens einnehmen darf, sind dabei unbedingt allgemein vorgegebene Sicherheitsstandards einzuhalten, ohne dabei wiederrum die Leistungsfähigkeit und Qualität von Elektronikkomponenten zu verringern. Beispielsweise werden durch Sicherheitsnormen zur Umsetzung von einheitlichen Mindestsicherheitsstandards Isolationsanforderungen vorgegeben, die Elektronikkomponenten erfüllen sollen, wie z.B. die Einhaltung von vorgegebenen Luft- und Kriechstrecken und die Einhaltung einer vorgegebenen Du rchsch lagsfestig keit.
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Hierbei wird im Allgemeinen unter einer Luftstrecke die kürzeste Entfernung zwischen zwei leitenden Teilen verstanden, speziell die kürzest mögliche Verbindung über Luft, über Vertiefungen und Spalten hinweg und quer durch isolierende Aufsätze, die nicht vollflächig und spaltenfrei mit dem Untergrund verbunden sind. Die Luftstrecke hängt unter anderem von anliegenden Spannungen ab, wobei Elektronikkomponenten vorgegebenen Überspannungskategorien zugeordnet werden. Dabei sind sowohl Überspannungen zu berücksichtigen, die von außen über Anschlüsse (z.B. Anschlussklemmen einer Elektronikkomponente) in die Elektronikkomponente eintreten, als auch in der Elektronikkomponente selbst erzeugt werden und an den Anschlüssen auftreten. Durch vorgegebene Luftstrecken soll ausgeschlossen werden, dass über mögliche kürzeste Verbindungen durch Luft ein Spannungsdurchschlag durch Luft auftritt. In diesem Sinne begrenzen Luftstrecken maximal mögliche elektrische Felder in Luft, so dass kein Durchschlag erfolgt.
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Demgegenüber stellt die Kriechstrecke die kürzeste Verbindung zwischen zwei Potentialen über eine Oberfläche eines Isolierstoffs dar, der zwischen den zwei Potentialen angeordnet ist. Die Kriechstrecke ist allgemein von der effektiven Betriebsspannung einer Elektronikkomponente abhängig und wird u.a. durch den Verschmutzungsgrad und/oder Befeuchtungsgrad einer Oberfläche eines Isolationsstoffes beeinflusst. Zum Beispiel wird eine Kriechstromfestigkeit eines Isolierstoffes durch die Isolationsfestigkeit einer Oberfläche des Isolierstoffes unter Einwirkung von Feuchtigkeit und/oder Verunreinigungen bestimmt und kann als den maximalen Kriechstrom bezeichnend verstanden werden, der sich unter genormten Prüfbedingungen in einer definierten Prüfanordnung einstellen darf. Dabei hängt die Kriechstromfestigkeit wesentlich von dem Wasseraufnahmevermögen und dem Verhalten eines Isolierstoffes bei thermischer Beanspruchung ab.
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Weiterhin wird unter der Isolationsstrecke die Stärke eines Isolationsmaterials verstanden, so dass diese Größe für die Ermittlung der Durchschlagsfestigkeit eines Isolationswerkstoffes von Bedeutung ist.
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Mittels Sicherheitsnormen, die Anforderungen an Luft-, Kriech- und Isolationsstrecken stellen, ergeben sich abhängig von einer Dimensionierung einer Elektronikkomponente Zwangsbedingen für eine ausreichende Isolation, um Spannungsdurchschläge (z.B. Lichtboden oder Funkenschlag) und/oder Kriechströme als potentielles Sicherheitsrisiko zu vermeiden. Beispielsweise sind Spannungsdurchschläge als Lichtbogen oder Funkenschlag im Rahmen der Explosionssicherheit zu vermeiden, während Kriechströme ein Sicherheitsrisiko für einen Benutzer bei Kontakt mit einer Kriechstromquelle darstellen.
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Gegenwärtige Lösungsansätze zur Bereitstellung von kompakten induktiven Bauelementen schlagen vor, Sicherheitsabstände über verlängerte Strecken am Spulenkörper zu realisieren oder Wicklungen zu vergießen. Dies führt jedoch zu den Problemen eines erhöhten Platzbedarfs, wenn verlängerte Strecken vorzusehen sind, und zu Problemen in Reflowanwendungen bei vergossen Systemen.
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Angesichts der obigen Erläuterungen besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in der Bereitstellung von induktiven Bauelementen mit kompakter Bauform zur Montage in kleinen Bauräumen unter Einhaltung von vorgegebenen Sicherheitsnormen, insbesondere ohne vorgegebene Luftstrecken und/oder Kriechstrecken und/oder Isolationsstrecken zu unterschreiten.
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Die vorliegende Erfindung stellt in einem ersten Aspekt der Erfindung ein induktives Bauelement bereit, umfassend einen Magnetkern, wenigstens eine Wicklung, einen mit der wenigstens einen Wicklung bewickelten Spulenkörper und eine aus einem elektrisch isolierenden Material gebildete Abdeckkappe. Der Spulenkörper umfasst dabei wenigstens ein an einer Kontaktleiste des Spulenkörpers angebrachtes Kontaktelement zur elektrischen Verbindung mit der wenigstens einen Wicklung und eine Magnetkernaufnahme, in die der Magnetkern teilweise aufgenommen ist. Die Abdeckkappe ist an der Kontaktleiste angebracht und bedeckt wenigstens teilweise eine dem wenigstens einen Kontaktelementen zugerichtete Seitenfläche des Magnetkerns bezüglich dem wenigstens einen Kontaktelementen. Dabei ist der Spulenkörper an der Kontaktleiste des Spulenkörpers als Gegenstück zur Abdeckkappe ausgebildet. Durch die Abdeckkappe wird ermöglicht, dass Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken unabhängig von Abmessungen des induktiven Bauelements eingehalten werden, so dass Sicherheitsnormen diesbezüglich auch bei kompakten Bauelementen mit kleinen Abmessungen eingehalten werden.
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In einer ersten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung kann der Spulenkörper an der Kontaktleiste teilweise als Negativform der Abdeckkappe ausgebildet sein. Dies stellt eine einfache Art dar, in der der Spulenkörper und die Abdeckkappe aufeinander abgestimmt sein können.
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In einer zweiten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung kann der Spulenkörper an der Kontaktleiste teilweise als Negativform von wenigstens einem Wandabschnitt der Abdeckkappe ausgebildet sein. Dies stellt eine einfache Art dar, in der der Spulenkörper und die Abdeckkappe aufeinander abgestimmt sein können.
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In einer dritten Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung kann die Abdeckkappe einen ersten Wandabschnitt aufweisen, durch den die Abdeckkappe die dem wenigstens einen Kontaktelementen zugerichtete Seitenfläche des Magnetkerns bezüglich dem wenigstens einen Kontaktelement wenigstens teilweise bedeckt, und der erste Wandabschnitt der Abdeckkappe kann wenigstens einen Stegabschnitt aufweisen, der sich entlang einer zur Seitenfläche des Magnetkerns senkrechten Richtung zu dem Magnetkern hin von dem ersten Wandabschnitt weg erstreckt. Der wenigstens eine Stegabschnitte erlaubt, dass ein Abstand zwischen der dem Kontaktelement zugerichteten Seitenfläche und der ersten Wandabschnitt eingehalten wird, insbesondere der Magnetkern nicht in Richtung des ersten Wandabschnitts der Abdeckkappe im Spulenkörper zurückrutscht. Die Abdeckkappe erlaubt auf eine einfache Weise, eine gewünschte Lage des Kerns im Spulenkörper anhand des wenigstens einen Stegabschnitts festzulegen. Darüber hinaus wird durch den wenigstens einen Stegabschnitt in der dem Magnetkern zugewandten Seite des ersten Wandabschnitts der Abdeckkappe eine Labyrinthstruktur bereitgestellt, die eine Verlängerung von Luft- und Kriechstrecken entsprechend einer Länge des wenigstens einen Stegabschnitts in der Richtung senkrecht zur Seitenfläche des Magnetkerns erlaubt.
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Die vorliegende Erfindung stellt in einem zweiten Aspekt ein induktives Bauelement bereit, umfassend einen Magnetkern, wenigstens eine Wicklung, und einen mit der wenigstens einen Wicklung bewickelten Spulenkörper. Der Spulenkörper weist dabei wenigstens ein an einer Kontaktleiste des Spulenkörpers angebrachtes Kontaktelement zur elektrischen Verbindung mit der wenigstens einen Wicklung und eine Magnetkernaufnahme auf, in die der Magnetkern teilweise aufgenommen ist. Das induktive Bauelement umfasst ferner eine aus einem elektrisch isolierenden Material gebildete Abdeckkappe, die eine dem wenigstens einen Kontaktelementen zugerichtete Seitenfläche des Magnetkerns durch einen ersten Wandabschnitt der Abdeckkappe bezüglich dem wenigstens einen Kontaktelement wenigstens teilweise bedeckt, wobei der erste Wandabschnitt der Abdeckkappe wenigstens einen Stegabschnitt aufweist, der sich entlang einer zur Seitenfläche des Magnetkerns senkrechten Richtung zu dem Magnetkern hin von dem ersten Wandabschnitt weg erstreckt.
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Durch die Abdeckkappe wird ermöglicht, dass Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken unabhängig von Abmessungen des induktiven Bauelements eingehalten werden, so dass Sicherheitsnormen diesbezüglich auch bei kompakten Bauelementen mit kleinen Abmessungen eingehalten werden. Außerdem erlaubt der wenigstens eine Stegabschnitte, dass ein Abstand zwischen der dem Kontaktelement zugerichteten Seitenfläche und dem ersten Wandabschnitt eingehalten wird, insbesondere der Magnetkern nicht in Richtung des ersten Wandabschnitts der Abdeckkappe im Spulenkörper zurückrutscht. Die Abdeckkappe erlaubt auf eine einfache Weise, eine gewünschte Lage des Kerns im Spulenkörper anhand des wenigstens einen Stegabschnitts festzulegen. Darüber hinaus wird durch den wenigstens einen Stegabschnitt in der dem Magnetkern zugewandten Seite des ersten Wandabschnitts der Abdeckkappe eine Labyrinthstruktur bereitgestellt, die eine Verlängerung von Luft- und Kriechstrecken entsprechend einer Länge des wenigstens einen Stegabschnitts in der Richtung senkrecht zur Seitenfläche des Magnetkerns erlaubt.
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In einer vorteilhaften ersten Ausführungsform des zweiten Aspekts kann der Spulenkörper eine unter dem Magnetkern gebildete Vertiefung aufweisen, in die ein sich normal zu der Seitenfläche des Magnetkerns erstreckender zweiter Wandabschnitt der Abdeckkappe eingesteckt ist. Dadurch wird erreicht, dass die Abdeckkappe mittels der ersten und zweiten Wandabschnitte den Magnetkern an der Seite mit dem wenigstens einen Kontaktelement umschließt, so dass hier eine vorteilhafte Abschottung oder Wegisolierung von leitenden Teilen ohne eine Erhöhung von Abmessungen des Spulenkörpers zur Erhöhung von Sicherheitsabständen zwischen dem wenigstens einen Kontaktelement und dem Magnetkern erreicht wird. Ferner wird durch die Vertiefung eine mechanisch reproduzierbare Positionierung der Abdeckkappe am Spulenkörper erreichen, die z.B. einen Vorteil für eine mechanische Bestückung von bewickelten und mit einem Kern bestückten Spulenkörpern mit Abdeckkappen erlaubt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der dritten Ausführungsform des ersten Aspekts und der ersten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung kann der wenigstens eine Stegabschnitt von dem zweiten Wandabschnitt durch einen Luftspalt beabstandet sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Magnetkern an einer Seite, die der Seite mit dem wenigstens einem Kontaktelement zugerichtet ist, durch die Abdeckkappe hinreichend isoliert wird und die Abdeckkappe unabhängig von den Stegabschnitten ausreichend tief in den Spulenkörper eingesteckt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der dritten Ausführungsform des ersten Aspekts und der ersten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung kann die Abdeckkappe ferner einen dritten Wandabschnitt und einen vierten Wandabschnitt aufweisen, die senkrecht zu dem ersten und zweiten Wandabschnitt orientiert sind. Weiterhin können sich der dritte Wandabschnitt und der vierte Wandabschnitt parallel zu dem wenigstens einen Stegabschnitt und jeweils entlang einer Kante der Abdeckkappe erstrecken. Dadurch wird durch die Abdeckkappe eine vorteilhafte Abschottung der Wicklung und des Magnetkerns bezüglich dem wenigstens einen Kontaktelement am Spulenkörper erreicht. Auch kann hierbei die Abdeckkappe als ein topf- oder schalenförmiger Isolationskörper bereitgestellt werden, der eine mechanisch stabile Abdeckung des in den Spulenkörper aufgenommenen Kerns gegenüber dem wenigstens einen Kontaktelement ermöglicht. Gemäß einem anschaulichen Beispiel hierin kann die Vertiefung aus drei nutförmigen Vertiefungsabschnitten gebildet sein, die jeweils zur teilweisen Aufnahme der zweiten bis vierten Wandabschnitte ausgebildet sind. Dadurch können vorteilhafterweise drei Wandabschnitte der Abdeckkappe teilweise durch die Vertiefung aufgenommen werden, was eine zuverlässige Abschottung des Magnetkerns gegenüber dem wenigstens einen Kontaktelement ermöglichen kann. Dadurch kann zusätzlich eine Einhaltung von Sicherheitsnormen bezüglich der Wicklung sichergestellt werden.
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In einer vorteilhaften zweiten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung und gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der dritten Ausführungsform des ersten Aspekts können mehr als ein Stegabschnitt an dem ersten Wandabschnitt ausgebildet sein, wobei die mehreren Stegabschnitte zu dem Magnetkern hin von dem ersten Wandabschnitt hervorstehen. Dies stellt eine Labyrinthstruktur an der dem Magnetkern zugerichteten Seite des ersten Wandabschnitts der Abdeckkappe bereit, so dass weiterhin eine Verlängerung von Luft- und Kriechstrecken vorgesehen wird.
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In einer vorteilhaften dritten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung und gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der dritten Ausführungsform des ersten Aspekts kann die Abdeckkappe auf den Spulenkörper aufgesteckt sein, so dass der Magnetkern an mindestens drei Seitenflächen wenigstens teilweise von der Abdeckkappe umgeben ist. Hierbei kann die Abdeckkappe als ein topf- oder schalenförmiger Isolationskörper bereitgestellt werden, der eine mechanisch stabile Abdeckung des in den Spulenkörper aufgenommenen Kerns gegenüber dem wenigstens einen Kontaktelement ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der dritten Ausführungsform des zweiten Aspekts und gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung kann das wenigstens eine Kontaktelement an dem Spulenkörper als ein Gull-Wing-Kontaktstift ausgebildet sein. Dies erlaubt eine strukturelle Ausgestaltung von Kontaktelement und Abdeckkappe, die die Umsetzung des induktiven Bauelements in SMD-Bauweise erlaubt. Dabei wird durch die Abdeckkappe in diesen Bauweisen eine Einhaltung von Sicherheitsnormen sicherstellt.
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In einer vorteilhaften vierten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung und gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts kann das wenigstens eine Kontaktelement an einer Hochspannungsseite des Spulenkörpers angeordnet sein. Dadurch wird an der Hochspannungsseite von induktiven Bauelementen sichergestellt, dass Sicherheitsnormen eingehalten werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vierten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung und gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der dritten Ausführungsform des ersten Aspekts kann das wenigstens eine Kontaktelement an einer Hochspannungsseite des Spulenkörpers angeordnet sein. Dadurch werden ausreichende Sicherheitsabstände an der Hochspannungsseite des Spulenkörpers sichergestellt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung kann der Spulenkörper zur SMD-Bestückung einer Leiterplatte ausgebildet sein. Dadurch lassen sich beispielsweise kompakte Chopper-Transformatoren realisieren.
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Im Rahmen der Erfindung werden durch eine Abdeckkappe ausreichende Luft- und Kriechstrecken auf eine sichere und zuverlässige Weise unabhängig von einer Dimensionierung des induktiven Bauelements sichergestellt, ohne zum Beispiel einen Verguss zu erfordern.
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In Ausführungsformen wird der Seitenflächenabschnitt des Magnetkerns, der den Kontaktelementen zugerichtet ist, durch einen Wandabschnitt der Abdeckkappe wenigstens teilweise abgedeckt, womit sich Kriechströme sehr effizient unterdrücken lassen. Die Abdeckkappe erlaubt eine separate Bereitstellung eines Isolationskörpers zusätzlich zum Spulenkörper, wodurch eine Modularisierung des induktiven Bauelements und eine nachrüstbare Anpassung von Luft- und Kriechstrecken ermöglicht wird. Dabei können die Abdeckkappe und der Spulenkörper mechanisch lösbar gekoppelt sein, wodurch sich Kriechstreckenverlängerungen in einem induktiven Bauelement durch eine einfache Weise erreichen lassen und im Bedarfsfall ein Austauschen und Nachrüsten einzelner Komponenten möglich ist. Eine Luft- und Kriechstreckenverlängerung lässt sich über die Anzahl von Stegabschnitten und deren geometrischer Ausgestaltung vorgeben, wobei eine Labyrinthstruktur an einem dem Magnetkern zugerichteten Wandabschnitt der Abdeckkappe umgesetzt wird. Zusätzlich dienen die Stegabschnitte als Abstandshalter, die ein Zurückrutschen des Magnetkerns in Richtung zu dem wenigstens einen Kontaktelement hin vermeiden und anhand dieser vorteilhaften Maßnahme auch eine Lage des Kerns am Spulenkörper einstellen. Weiterhin ist die Abdeckkappe leicht durch z.B. Spritzgusstechniken herstellbar und kostengünstig unter hoher Stückzahl produzierbar.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den beiliegenden Figuren ausführlicher beschrieben, wobei:
- 1a eine Abdeckkappe für ein induktives Bauelement gemäß Ausführungsformen der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht schematisch darstellt,
- 1b die Abdeckkappe aus 1a in einer Aufsicht schematisch darstellt,
- 2a einen Spulenkörper für ein induktives Bauelement gemäß Ausführungsformen der Erfindung in einer perspektivischen Seitenansicht schematisch darstellt,
- 2b den Spulenkörper aus 2a in einer relativ zu 2a gedrehten Seitenansicht schematisch darstellt,
- 2c den Spulenkörper aus 2a in einer Ansicht von unten schematisch darstellt, und
- 3 ein induktives Bauelement gemäß Ausführungsformen der Erfindung in einer Ansicht von oben auf das Bauelement schematisch darstellt.
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Mit Bezug auf die 1a und 1b wird nachfolgend eine Abdeckkappe 20 für ein induktives Bauelement gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen der Erfindung entsprechend der obigen ersten und zweiten Aspekte der Erfindung beschrieben. Die Abdeckkappe 20 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Beispielsweise kann die Abdeckkappe 20 durch Spritzguss-Verfahren hergestellt werden.
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Die Abdeckkappe 20 kann beispielsweise als ein topf- oder schalenförmiger Isolationskörper bereitgestellt werden, wobei die Abdeckkappe 20 durch einen ersten Wandabschnitt 22, einen zweiten Wandabschnitt 23, einen dritten Wandabschnitt 25 und einen vierten Wandabschnitt 27 gebildet wird, die jeweils entlang von Kanten miteinander verbunden sind, so dass die Abdeckkappe 20 beispielsweise geometrisch einen quaderförmigen Körper mit zwei benachbarten offenen Seiten darstellt. Die zweiten bis vierten Wandabschnitte 23, 25, 27 der Abdeckkappe 20 sind entlang von drei Seitenkanten des ersten Wandabschnitts 22 mit dem ersten Wandabschnitt 22 mechanisch verbunden und erstrecken sich entlang einer Richtung der Flächennormalen des ersten Wandabschnitts 22 von dem ersten Wandabschnitt 22 weg. Der zweite Wandabschnitt 23 ist jeweils zu dem ersten Wandabschnitt 22, dem dritten Wandabschnitt 25 und dem vierten Wandabschnitt 27 senkrecht orientiert. Der dritte Wandabschnitt 25 und der vierte Wandabschnitt 27 sind zueinander parallel orientiert. Dadurch wird ein Volumen über dem ersten Wandabschnitt 22 seitlich von den zweiten bis vierten Wandabschnitten 23, 25, 27 an drei Seiten umgeben.
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Wie in den 1a und 1b dargestellt ist, weist die Abdeckkappe 20 zwei Stegabschnitte 24, 26 auf, die an dem ersten Wandabschnitt 22 ausgebildet sind und sich entlang einer Richtung der Flächennormalen des ersten Wandabschnitts 22 von dem ersten Wandabschnitt 22 weg erstrecken. Die Stegabschnitte 24, 26 sind zueinander parallel, zu den dritten und vierten Wandabschnitte 25, 27 parallel und zu den ersten und zweiten Wandabschnitten 22, 23 senkrecht orientiert.
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Gemäß der Darstellung in 1a können die Stegabschnitte 24, 26 von dem zweiten Wandabschnitt 22 durch einen Luftspalt S beabstandet sein. Mit anderen Worten, die Stegabschnitte 24, 26 können lediglich mit dem ersten Wandabschnitt 22 mechanisch verbunden sein. Weiterhin kann eine Länge der Stegabschnitte 24, 26 entlang einer Richtung, in der die Stegabschnitte 24, 26 von dem ersten Wandabschnitt hervorstehen, kleiner oder gleich einer Länge der zweiten bis vierten Wandabschnitte 23, 25, 27 entlang dieser Richtung sein. Falls die zweiten bis vierten Wandabschnitte 23, 25, 27 entlang dieser Richtung ungleiche Längen aufweisen, kann eine Länge der Stegabschnitte entlang dieser Richtung kleiner oder gleich einer größten aus den Längen der der zweiten bis vierten Wandabschnitte 23, 25, 27 entlang dieser Richtung sein.
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Mit Bezug auf die 2a bis 2c wird nun ein Spulenkörper 20 für ein induktives Bauelement gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen entsprechend der ersten und zweiten Aspekte der Erfindung beschrieben.
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Gemäß der Darstellung in den 2a bis 2c weist der Spulenkörper 20 zwei Kontaktleisten 33, 35 auf, die durch einen Verbindungsabschnitt 31' miteinander verbunden sind. Die Kontaktleisten 33, 35 sind an gegenüberliegenden Enden des Verbindungsabschnitts 31' gebildet, der beispielsweise eine hohlzylindrische Gestalt aufweisen kann. In einigen anschaulichen Beispielen kann der Verbindungsabschnitt 31' zwei Öffnungen an gegenüberliegenden Enden des Verbindungsabschnitts 31' aufweisen, wobei die Kontaktleisten 33, 35 jeweils an einem dieser Enden angeordnet sind. Dadurch wird eine Magnetkernaufnahme 31 bereitgestellt, durch die ein Magnetkern (in den 2a bis 2c nicht dargestellt) teilweise von dem Spulenkörper 30 aufgenommen werden kann. Zum Beispiel kann ein Schenkel eines Magnetkerns (in den 2a bis 2c nicht dargestellt) in die Magnetkernaufnahme 31 des Spulenkörpers 30 teilweise aufgenommen werden.
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Mit Bezug auf die 2b ist die Kontaktleiste 33 an einer Hochspannungsseite HS des Spulenkörpers 30 angeordnet und die Kontaktleiste 35 ist an einer Niederspannungsseite NS des Spulenkörpers angeordnet. Weiterhin weist der Spulenkörper 30 wenigstens ein an der Kontaktleiste 33 der Seite HS des Spulenkörpers 30 angebrachtes Kontaktelement 50 zur elektrischen Verbindung mit wenigstens einer Wicklung (in den 2a bis 2c nicht dargestellt) auf. An der Kontaktleiste 35 der Seite NS des Spulenkörpers 30 kann außerdem wenigstens ein weiteres Kontaktelement 52 zur elektrischen Verbindung mit wenigstens einer Wicklung (in den 2a bis 2c nicht dargestellt) bereitgestellt sein.
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Gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die Seite NS des Spulenkörpers 30 eine Niederspannungsseite eines induktiven Bauelements (in den 2a bis 2c nicht dargestellt) darstellen und die Seite HS des Spulenkörpers 30 kann eine Hochspannungsseite darstellen. Eine Unterscheidung zwischen der Niederspannungsseite an der Seite NS des Spulenkörpers 30 und der Hochspannungsseite an der Seite HS des Spulenkörpers 30 kann dahingehend erfolgen, dass die Kontaktleiste 33 an der Seite HS des Spulenkörpers 30 relativ zur Kontaktleiste 35 an der Seite NS des Spulenkörpers eine größere Breite aufweist (d.h., eine Abmessung der Kontaktleiste 33 in einer Richtung, entlang der ein Magnetkern (in den 2a bis 2c nicht dargestellt) in die Magnetkernaufnahme 31 des Spulenkörpers 30 beim Bestücken des Spulenkörpers 30 mit einem Magnetkern aufgenommen wird, ist im Vergleich zur Kontaktleiste 35 größer).
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In beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist der Spulenkörper 30 an der Kontaktleiste 33 des Spulenkörpers 30 als Gegenstück zu Abdeckkappe 20 ausgebildet. Beispielsweise weist der Spulenkörper 30 gemäß der Darstellung in den 2a und 2c an der Seite HS eine Vertiefung 32 auf. Die Vertiefung 32 kann eine nutförmige Vertiefung darstellen, die in der Kontaktleiste 33 gebildet ist und darin über dem wenigstens einen Kontaktelement 50 verläuft. Die Vertiefung 32 ist ausgebildet, so dass darin eine Abdeckkappe, beispielsweise die in den 1a und 1b dargestellte Abdeckkappe 20, teilweise aufgenommen werden kann. Dabei kann die Vertiefung 32 eine Negativform der Abdeckkappe 20 darstellen, so dass der Spulenkörper 30 an der Kontaktleiste 33 teilweise als Negativform der Abdeckkappe 20 ausgebildet ist. Beispielweise kann der zweite Wandabschnitt 23 der in den 1a und 1b dargestellten Abdeckkappe 20 in die Vertiefung 32 eingesteckt werden, so dass der zweite Wandabschnitt 23 teilweise in die Vertiefung 32 aufgenommen ist, wobei die Kontaktleiste 33 teilweise als Negativform des zweiten Wandabschnitts 23 der Abdeckkappe 20 ausgebildet ist. Hierzu kann die Vertiefung 32 gemäß einigen speziellen anschaulichen Beispielen als eine Längsnut ausgebildet sein, beispielsweise lediglich in Form einer Längsnut 32a, die in 2a dargestellt ist. Die Längsnut 32a verläuft hierbei parallel zu einer Längsrichtung der Kontaktleiste 33 über dem wenigstens einen Kontaktelement 50, wobei die Längsrichtung der Kontaktleiste 33 eine längste geometrische Abmessung der Kontaktleiste 33 darstellt.
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Mit Bezug auf 2a in Verbindung mit 1a wird eine spezielle anschauliche Ausgestaltung der Vertiefung 32 beschrieben, gemäß der die Vertiefung 32 aus drei nutförmigen Vertiefungsabschnitten 32a, 32b, 32c gebildet ist, die jeweils zur teilweisen Aufnahme der zweiten bis vierten Wandabschnitte 23, 25, 27 der in 1a dargestellten Abdeckkappe 20 ausgebildet sind, wobei die Kontaktleiste 33 teilweise als Negativform der zweiten bis vierten Wandabschnitte 23, 25, 27 der Abdeckkappe 20 ausgebildet ist. Beispielsweise ist jeder der drei nutförmigen Vertiefungsabschnitte 32a, 32b, 32c als eine Längsnut ausgebildet, die miteinander verbunden sind und eine einzelne durchgehende Vertiefung entsprechend der in 2a dargestellten Vertiefung 32 realisieren. Dabei sind die nutförmigen Vertiefungsabschnitte 32b und 32c senkrecht zu dem nutförmigen Vertiefungsabschnitt 32a orientiert und die nutförmigen Vertiefungsabschnitte 32b und 32c verlaufen zueinander parallel. Mittels der drei nutförmigen Vertiefungsabschnitte 32a, 32b, 32c kann die Vertiefung 32 derart bereitgestellt werden, dass die zweiten bis vierten Wandabschnitte 23, 25, 27 der in 1a dargestellten Abdeckkappe 20 in die drei nutförmigen Vertiefungsabschnitte 32a, 32b, 32c eingesteckt werden können und insbesondere in die drei nutförmigen Vertiefungsabschnitte 32a, 32b, 32c teilweise aufgenommen werden können.
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Gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen kann eine Montage der in den 1a und 1b dargestellten Abdeckkappe 20 an dem in den 2a bis 2c dargestellten Spulenkörper dahingehend erfolgen, dass die Abdeckkappe in die Vertiefung eingesteckt wird. Damit wird die Abdeckkappe 20 an der Seite HS des Spulenkörpers 30 zwischen einer Öffnung der Magnetkernaufnahme 31 des Spulenkörpers 30 und dem wenigstens einen Kontaktelement 50 angeordnet.
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Mit Bezug auf die 2a bis 2c kann das wenigstens eine Kontaktelement 50 als ein Gull-Wing-Kontaktstift ausgebildet und an der Kontaktleiste 33 angebracht sein. Entsprechend kann auch das wenigstens eine Kontaktelement 52 als ein Gull-Wing-Kontaktstift ausgebildet und an der Kontaktleiste 35 angebracht sein. Damit kann der Spulenkörper 30 zur SMD-Bestückung einer Leiterplatte (in den Figuren nicht dargestellt) ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Spulenkörper 30 für Anwendungen bezüglich einem Chopper-Transformator geeignet.
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Gemäß der Darstellung in 2c kann der Spulenkörper 30 an seiner Unterseite eine Labyrinthstruktur L aufweisen. Die Labyrinthstruktur L ist an der Kontaktleiste 33 bereitgestellt und wird durch an der Unterseite der Kontaktleiste 33 ausgebildete Stegabschnitte L1, L2, L3, L4 und Nutabschnitte N1, N2, N3 gebildet. Dabei ist zwischen je zwei benachbarten Stegabschnitten der Stegabschnitte L1, L2, L3, L4 einer der Nutabschnitte N1, N2, N3 gebildet, so dass zwei benachbarte Stegabschnitte durch je einen Nutabschnitt voneinander beabstandet sind. Hierbei können die Nutabschnitte N1, N2, N3 dazu vorgesehen sein, um einen Drahtabschnitt einer über dem Spulenkörper vorgesehenen Wicklung (in 2a bis 2c nicht dargestellt), dem wenigstens einen Kontaktelement 50 zuzuführen. Bei mehr als einem Kontaktelement lassen sich somit Drahtabschnitte, die jeweils den Kontaktelementen zugeführt werden, durch die Stegabschnitte L1 und L3 voneinander trennen. Eine entsprechende Labyrinthstruktur kann auch an der Unterseite der Kontaktleiste 35 vorgesehen sein.
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Mit weiterem Bezug auf 2c ist ein Versatz des wenigstens einen Kontaktelements 50 relativ zu den Nuten N1 bis N3 dargestellt und das wenigstens eine Kontaktelement ist in einem der Stegabschnitte L1 bis L4 gebildet.
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Mit Bezug auf die in 3 dargestellte Aufsicht wird nachfolgend ein induktives Bauelement 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entsprechend der ersten und zweiten Aspekte der Erfindung beschrieben. Das induktive Bauelement 100 umfasst dabei die Abdeckkappe 20, die mit Bezug auf die 1a und 1b oben beschrieben ist, und den Spulenkörper 30, der mit Bezug auf die 2a bis 2c oben beschrieben ist.
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Gemäß der Darstellung in 3 umfasst das induktive Bauelement 100 ferner einen Magnetkern 10 und wenigstens eine Wicklung W, die über dem Spulenkörper 30 bereitgestellt ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann der Magnetkern 10 des induktiven Bauelements 100 als ein modularer Magnetkern ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Magnetkern 10 ein U-Kern, Doppel-U-Kern oder U-I-Kern sein, der teilweise in die Magnetkernaufnahme 31 (2a und 2b) des Spulenkörpers 30 aufgenommen ist. Alternativ kann der Magnetkern 10 lediglich ein I-Kern sein, der in die Magnetkernaufnahme 31 des Spulenkörpers eingesteckt ist. Gemäß einer anderen nicht dargestellten Alternative kann ein E-Kern oder ein Doppel-E-Kern vorgesehen sein, wobei der Spulenkörper entsprechend zur Aufnahme des Mittelbutzens und mit Auflageflächen für die Seitenschenkel ausgebildet sein kann.
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Wie mit Bezug auf 2a bis 2c oben beschrieben ist, weist der Spulenkörper 30 das wenigstens eine Kontaktelement 50 auf, das an der Seite HS des Spulenkörpers 30 angebracht ist. Das wenigstens eine Kontaktelement ist zur elektrischen Verbindung mit der wenigstens einen Wicklung W vorgesehen.
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Wie mit Bezug auf die 1a und 1b oben beschrieben ist, ist die Abdeckkappe 20 aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Die Abdeckkappe 20 ist durch Aufstecken an dem Spulenkörper 30 angebracht, wobei der zweite Wandabschnitt 23 in die Vertiefung eingesteckt ist. Dabei bedeckt die Abdeckkappe 20 eine Seitenfläche 14 des in den Spulenkörper 30 aufgenommenen Magnetkerns 10 bezüglich dem wenigstens einen Kontaktelement 50 an der Seite HS des Spulenkörpers 30. Insbesondere ist die Abdeckkappe 20 zwischen der Seitenfläche 14 des Magnetkerns 10 und dem wenigstens einen Kontaktelement 50 am Spulenkörper angeordnet. Weiterhin kann der Magnetkern 10 an der Seite HS des Spulenkörpers 30 bezüglich dem wenigstens einen Kontaktelement 50 durch die dritten und vierten Wandabschnitte 25, 27 der Abdeckkappe 20 abgeschirmt sein. In einigen anschaulichen Ausführungsformen können die dritten und vierten Wandabschnitte 25, 27 der Abdeckkappe 20 teilweise in die Vertiefung 32 aufgenommen sein, wie oben im Hinblick auf die 2a beschrieben ist.
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Gemäß der Darstellung in 3 wird die Seitenfläche 14 des Magnetkerns 10, die der Seite HS des Spulenkörpers 30 und damit der Kontaktleiste 33 mit dem wenigstens einen Kontaktelement 50 zugerichtete ist, durch den ersten Wandabschnitt 22 der Abdeckkappe 20 wenigstens teilweise abgedeckt.
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Wie oben hinsichtlich der 2a bis 2c beschrieben ist, kann die Seite HS des Spulenkörpers 30 in einigen anschaulichen Ausführungsformen der Erfindung eine Hochspannungsseite des induktiven Bauelements 100 darstellen und die Seite NS des Spulenkörpers 30 kann eine Niederspannungsseite des induktiven Bauelements 100 darstellen. Eine Unterscheidung zwischen der Niederspannungsseite an der Seite NS des Spulenkörpers 30 und der Hochspannungsseite an der Seite HS des Spulenkörpers 30 kann dahingehend erfolgen, dass die Abdeckkappe 20 an der Seite HS des Spulenkörpers 30 im induktiven Bauelement 100 angeordnet ist und die Seitenfläche 14 des Magnetkerns 10, d.h. die Seite des Magnetkerns 10, die der Seite HS des Spulenkörpers zugerichtet ist, von der Abdeckkappe 20 bezüglich dem wenigstens einen Kontaktelement 50 an der Kontaktleiste 33 der Seite HS des Spulenkörpers 30 bedeckt wird.
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Gemäß anschaulichen Beispielen kann sich das wenigstens eine Kontaktelement 50 bezüglich dem ersten Wandabschnitt 22 in einer dazu normalen Richtung von dem Spulenkörper 30 wegerstrecken.
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Mit Bezug auf die 1a, 2a und 3 weist die Abdeckkappe 20, wie oben hinsichtlich 1a beschrieben ist, einen Luftspalt S auf, der die Stegabschnitte 24 und 26 von dem zweiten Wandabschnitt 23 beabstandet. Der Luftspalt ist hierbei ausreichend groß ausgebildet, so dass die Abdeckkappe 20 unabhängig von den Stegabschnitten 24 und 26 auf den Spulenkörper 30 durch Einstecken des zweiten Wandabschnitts 23 in die Vertiefung 32 aufgesteckt werden kann, bis der erste Wandabschnitt 22 unterhalb der Stegabschnitte 24, 26 an die Kontaktleiste 33 stößt. Damit kann ein Abstand zwischen dem ersten Wandabschnitt 22 und der Seitenfläche 14 des Magnetkerns 10 durch die Stegabschnitte 24 und 26 eingestellt werden.
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Das in 3 dargestellte induktive Bauelement 100 kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das ein Bewickeln des Spulenkörpers 30 mit der wenigstens einen Wicklung W, ein Aufnehmen des Magnetkerns 10 in den Spulenkörper 30 und ein Anbringen der Abdeckkappe 20 an dem Spulenkörper 30 umfasst. Dabei ist der Magnetkern 10 teilweise in die Magnetkernaufnahme 32 des Spulenkörpers 30 aufgenommen. Die Bewicklung des Spulenkörpers 30 kann dabei unabhängig von dem Magnetkern 10 erfolgen und das Bestücken des Spulenkörpers 30 mit dem Magnetkern 10 kann beispielsweise zeitlich getrennt dazu oder gleichzeitig damit erfolgen. Auch kann eine Aufnahme des Magnetkerns 10 in den Spulenkörper 20 dadurch erfolgen, dass z.B. einzelne Kernsegmente im Falle eines modularen Magnetkerns 10 in den Spulenkörper 30 aufgenommen werden. Dadurch kann ein automatisiertes Fertigungsverfahren zur Herstellung des induktiven Bauelements 100 bereitgestellt werden. Eine Lage des Magnetkerns 10 am Spulenkörper 30 kann mittels der Abdeckkappe 20 eingestellt werden, wobei die Abdeckkappe 20 vor, während oder nach der Bestückung des Spulenkörpers 30 mit dem Magnetkern 10 an dem Spulenkörper 30 angebracht werden kann.
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Mit Bezug auf 3 wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen der Erfindung das oben beschriebene induktive Bauelement 100 offenbart, wobei das wenigstens eine Kontaktelement 50 an dem Spulenkörper 30 als ein Gull-Wing-Kontaktstift ausgebildet sein kann. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar und es können andere Kontaktstifte bereitgestellt werden.
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Mit Bezug auf 3 wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen der Erfindung das oben beschriebene induktive Bauelement 100 offenbart, wobei das wenigstens eine Kontaktelement 50 an einer Hochspannungsseite des Spulenkörpers 30 angeordnet sein kann. Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar und zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Kontaktstift an einer Niederspannungsseite des Spulenkörpers 30 angeordnet sein.
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Mit Bezug auf 3 wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen der Erfindung das oben beschriebene induktive Bauelement 100 offenbart, wobei der Spulenkörper 30 zur SMD-Bestückung einer Leiterplatte (nicht dargestellt) ausgebildet sein kann. Dies stellt keine Beschränkung dar und alternativ kann das induktive Bauelement 100 zur THD-Montage ausgebildet sein.
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Mit Bezug auf die Figuren sind an der Abdeckkappe 20 zwei Stegabschnitte 24, 26 dargestellt. Dies stellt keine Beschränkung dar und alternativ können lediglich ein Stegabschnitt oder mehr als zwei Stegabschnitte an der Abdeckkappe bereitgestellt werden.
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Mit Bezug auf die Figuren ist beschrieben, dass die Abdeckkappe 20 an der Seite HS des Spulenkörpers 30 durch die Vertiefung 32 auf die Kontaktleiste 33 aufgesteckt werden kann. Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar und alternativ kann auch an der Seite NS des Spulenkörpers eine der Vertiefung 32 entsprechende Vertiefung ausgebildet sein, so dass die Abdeckkappe 20 zusätzlich oder alternativ auch an der Seite NS auf den Spulenkörper 30 aufgesteckt werden kann.
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Mit Bezug auf die Figuren ist die Abdeckkappe 20 derart beschrieben, dass sie durch vier Wandabschnitte gebildet wird. Dies stellt keine Beschränkung der Erfindung dar und eine Abdeckkappe kann lediglich durch die ersten und zweiten Wandabschnitte 22 und 23 oder durch insgesamt fünf Wandabschnitte gebildet werden, wobei zusätzlich zu den beschriebenen ersten bis vierten Wandabschnitten 22, 23, 25, 27 noch ein fünfter Wandabschnitt vorgesehen sein kann, der dem zweiten Wandabschnitt gegenüberliegend am ersten Wandabschnitt 22 angeordnet ist und sich parallel zum zweiten Wandabschnitt 23 erstreckt.
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Zusammenfassend wird im Rahmen der Erfindung eine labyrinthartige Luft- und Kriechstreckenverlängerung vorgeschlagen, beispielsweise in U-Kern-, Doppel-U-Kern-, I-Kern und U-I-Kernanwendungen. Dies wird gemäß anschaulicher Ausführungsformen anhand einer Kombination aus einer Abdeckkappe und einem Spulenkörper erreicht, der an einer Kontaktleiste des Spulenkörpers als Gegenstück zur Abdeckkappe ausgeführt ist, beispielsweise ist der Spulenkörper an einer Kontaktleiste teilweise als Negativform der zugehörigen Abdeckkappe ausgebildet. Wird hierin die Abdeckkappe, die am Rücken des Kerns geschlossen ausgeführt ist, in die vorgesehene Negativform als Gegenstück platziert, erhöht sich die Luft- und Kriechstrecke von der Kontaktleiste zugeordneten Kontaktelementen zu dem durch die Abdeckkappe abgeschotteten Magnetkern. Dieses Prinzip kann auch auf beiden Seiten angewandt werden. In anschaulichen Beispielen ist die Abdeckkappe an der inneren Seite mit Stegabschnitten ausgeführt. Diese können als Abstandshalter genutzt werden und können ein Zurückrutschen des Magnetkerns im induktiven Bauelement in Richtung der Rückwand der Abdeckkappe vermeiden. Anhand dieser Maßnahme, die die Lage des Magnetkerns am Spulenkörper definiert, können die Luft- und Kriechstrecken zusätzlich gemäß der Länge der Stegabschnitte verlängert werden.
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Ein Effekt des Gegenstands der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Größe von induktiven Bauelementen bei gleichzeitiger Einhaltung von geforderten Sicherheitsabständen für eine Basisisolation oder verstärkte Isolation nach EN 61558-2-16+A1 nicht vergrößert und vorzugsweise verringert werden kann. Ferner werden die Sicherheitsabstände zum Chassis eingehalten.
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Obgleich einige Ausführungsformen bezüglich einer Anwendung von SMD-Bauteilen beschrieben sind, stellt dies keine Beschränkung dar und durch eine Ausbildung der Kontaktelemente an den Kontaktleisten des Spulenkörpers als Kontaktstifte zur THD-Montage können Ausführungsformen der Erfindung auch im Zusammenhang mit THD-Anwendungen eingesetzt werden.
