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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe umfassend eine Ringkerndrossel und einen Kühlkörper.
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Stand der Technik
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Drosseln werden in vielen Bereichen der Stromversorgung elektrischer und elektronischer Geräte, in der Leistungselektronik sowie der Nieder- und Hochfrequenztechnik eingesetzt. Die Drosseln sind dabei als Spulen aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet.
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Zur Steigerung des induktiven Widerstands umfassen Drosseln häufig einen weichmagnetischen Kern. Eine bekannte Bauform von Drosseln mit einem weichmagnetischen Kern stellen dabei sogenannte Ringkerndrosseln dar. Bei Ringdrosseln werden elektrische Leiter auf weichmagnetische Ringkerne gewickelt. Durch den weichmagnetischen Kern wird der induktive Widerstand der Spule erhöht.
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In dem Ringkern und elektrischen Leitern, die den Ringkern umgeben entsteht Wärme, die bestmöglich abgeführt werden muss. Eine Kühlung des Ringkerns wird in vielen Fällen nicht in Erwägung gezogen, da eine Kühlvorrichtung, die den Ringkern kühlt, den magnetischen Fluss im Ringkern nicht kurzschließen darf. Weiterhin ist der Ringkern selbst für eine Kühlvorrichtung oft nur schwer zugänglich, da er von dem elektrischen Leiter umgeben ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Baugruppe umfassend eine Ringkerndrossel und einen Kühlkörper vorgeschlagen. Die Ringkerndrossel umfasst einen Ringkern und einen den Ringkern umgebenden elektrischen Leiter, wobei der Ringkern eine axiale Richtung und eine zentrale Ringöffnung aufweist und wobei an dem Ringkern eine erste ringförmige Oberfläche und eine von der ersten ringförmigen Oberfläche abgewandte zweite ringförmige Oberfläche ausgebildet sind, wobei die Baugruppe weiterhin einen Kühlkörper aus wärmeleitfähigem Material mit einer Oberseite umfasst, wobei die Ringkerndrossel auf der Oberseite des Kühlkörpers angeordnet ist und die zweite Oberfläche des Ringkerns der Oberseite des Kühlkörpers zugewandt ist. Erfindungsgemäß sind an dem Kühlkörper Kühlelemente ausgebildet, die von der Oberseite des Kühlkörpers abragen, wobei in dem Ringkern Ausnehmungen ausgebildet sind, wobei jedes der Kühlelemente in jeweils einer der Ausnehmungen des Ringkerns angeordnet ist und dergestalt in den Ringkern hineinragt.
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Vorteile der Erfindung
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Baugruppe den Vorteil auf, dass durch die Kühlelemente in den Ausnehmungen des Ringkerns die Wärme vom Ringkern besonders gut und einfach an den Kühlkörper abgeleitet werden kann. Die Baugruppe ermöglicht eine kostengünstige und sehr effiziente Kühlung des Ringkerns und damit der Ringkerndrossel. Die Kühlung der Ringkerndrossel kann in der Baugruppe vorteilhaft erfolgen ohne dass durch die Kühlung der magnetische Fluss in der Spule eliminiert wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kühlelemente stabförmig ausgebildet sind. Stabförmig ausgebildete Kühlelemente können besonders einfach gefertigt werden. Stabförmig ausgebildete Kühlelemente können weiterhin besonders einfach in die komplementären Ausnehmungen im Ringkern eingeführt werden und die Baugruppe kann somit besonders einfach gefertigt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass jedes der Kühlelemente eine Außenfläche aufweist, die komplementär zu einer Innenfläche des Ringkerns in der Ausnehmung, in der das jeweilige Kühlelement angeordnet ist, ausgebildet ist, so dass jedes Kühlelement an seiner Außenfläche in mittelbaren und/oder unmittelbaren Kontakt mit der Innenfläche des Ringkerns in der zugehörigen Ausnehmung steht. So wird ein vorteilhaft großflächiger Kontaktbereich zwischen den Kühlelementen und dem Ringkern hergestellt, wodurch die Wärme besonders gut vom Ringkern auf die Kühlelemente und somit auf den Kühlkörper übertragen werden kann. Somit kann die Wärme von der Ringkerndrossel besonders gut abgeführt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Außenflächen der Kühlelemente und die Innenflächen des Ringkerns zylinderförmig ausgebildet sind. Somit ergeben sich besonders einfache Formen, die beispielsweise durch einfaches Bohren gefertigt werden können. Die Kühlelemente können besonders einfach in die Ausnehmungen eingesetzt und eingepasst werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich die Kühlelemente von der Oberseite des Kühlkörpers weg parallel zu der axialen Richtung des Ringkerns in die Ausnehmungen hinein erstrecken. So wird sichergestellt, dass der magnetische Fluss in dem Ringkern nicht eliminiert wird. Gleichzeitig kann die Baugruppe durch einfaches Einschieben oder Einpressen der Kühlelemente in die Ausnehmungen im Ringkern gefertigt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Ausnehmungen in dem Ringkern um die zentrale Ringöffnung herum ausbildet sind. So sind die Ausnehmungen und somit auch die Kühlelemente gut über den Ringkern verteilt und die Wärme kann vorteilhaft gleichmäßig von allen Bereichen des Ringkerns von der Ringkerndrossel an den Kühlkörper abgeführt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kühlelemente in einer Ebene senkrecht zu der axialen Richtung in einem Kreis angeordnet sind, wobei der Kreis insbesondere konzentrisch zu dem Ringkörper ausgebildet ist. So wird der magnetische Fluss im Ringkern nur minimal gestört und es kann trotzdem eine sehr hohe Wärmeableitung durch eine Vielzahl an Kühlelementen sichergestellt werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kühlelemente senkrecht von einer ebenen Auflagefläche an der Oberseite des Kühlkörpers abstehen, wobei die Auflagefläche parallel zu der zweiten Oberfläche des Ringkerns angeordnet ist und durch einen Spalt von der zweiten Oberfläche beabstandet ist, wobei der elektrische Leiter durch den Spalt verläuft.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Ausnehmungen als Sacklöcher ausgebildet sind. Ein derartiger Ringkern kann besonders einfach durch Bohrungen gefertigt werden. Weiterhin können die Kühlelemente in solche Ausnehmungen besonders leicht eingesetzt werden. Der Grund der Ausnehmungen kann darüber hinaus als Anschlag für die Kühlelemente dienen. Dies erhöht die Kontaktfläche zwischen den Kühlelementen und dem Ringkern und kann darüber hinaus genutzt werden um den Spalt zwischen der zweiten Oberfläche und der Auflagefläche zu definieren.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kühlelemente zu wenigstens 50%, bevorzugt zu wenigstens 75%, besonders bevorzugt zu wenigstens 90% der Ausdehnung des Ringkerns in der axialen Richtung in den Ringkern hineinragen. So kann eine besonders gute Ableitung der Wärme aus dem Ringkern sichergestellt werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe,
- 2 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe,
- 3 einen weiteren Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1, 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe 1. In 1 ist eine dreidimensionale Ansicht des Ausführungsbeispiels der Baugruppe 1 dargestellt. In 2 ist ein Schnitt entlang der axialen Richtung A das Ausführungsbeispiel der Baugruppe 1 dargestellt. In 3 ist ein Schnitt durch das Ausführungsbeispiel der Baugruppe 1 senkrecht zur axialen Richtung A dargestellt. Die Baugruppe 1 kann beispielsweise als Gleichtaktdrossel oder Gegentaktdrossel in einer Vielzahl an leistungselektronischen Komponenten, wie beispielsweise Invertern oder DC/DC-Wandlern Anwendung finden. Die Baugruppe 1 kann beispielsweise in Filtern mit Gleichtaktdrosseln, die in Bechertransformatortopologie oder Topftransformatortechnologie aufgebaut sind, eingesetzt werden. Die Ringkerndrossel 5 kann beispielsweise in passiven elektrischen Filtern zur Unterdrückung unerwünschter hochfrequenter Störungen eingesetzt werden. Ein weiterer Einsatzbereich ist die Verwendung als Transformator.
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Die Baugruppe 1 umfasst eine Ringkerndrossel 5 und einen Kühlkörper 20, der zur Kühlung der Ringkerndrossel 5 vorgesehen ist. Die Ringkerndrossel 5 umfasst einen Ringkern 10.
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Der Ringkern 10 ist beispielsweise in Form eines Rings oder Toroids ausgebildet. Der Ringkern 10 weist eine axiale Richtung A auf. Der Ringkern 10 weist eine zentrale Ringöffnung 18 auf. An dem Ringkern 10 sind eine erste ringförmige Oberfläche 11 und eine zweite ringförmige Oberfläche ausgebildet 12. Die erste ringförmige Oberfläche 11 ist von der zweiten ringförmigen Oberfläche 12 abgewandt. Die ringförmigen Oberflächen 11, 12 erstrecken sich ringförmig um die zentrale Ringöffnung 18 herum. Die ringförmigen Oberflächen 11,12 sind in der axialen Richtung A durch die Ausdehnung a des Ringkerns 10 voneinander beabstandet. Die ringförmigen Oberflächen 11,12 sind in diesem Ausführungsbeispiel eben ausgebildet und beispielsweise planparallel zueinander ausgebildet. Die ringförmigen Oberflächen 11,12 sind deckungsgleich zueinander. Die ringförmigen Oberflächen 11,12 begrenzen den toroidfömig ausgebildeten Ringkern 10 in der axialen Richtung A.
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Der Ringkern 10 ist aus einem weichmagnetischem Material ausgebildet. Ein weichmagnetisches Material wird durch in der Norm IEC 60404-1 klassifiziert. So kann der Ringkern 10 beispielsweise ein Ferrit- oder Pulver-Ringkern sein oder beispielsweise auch aus kristallinen oder amorphen Metallbändern bestehen. Der Ringkern 10 bildet einen geschlossenen magnetischen Kreis, wobei sich der magnetische Fluss fast ausschließlich im ringförmigen Ringkern 10 ausbreitet.
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Neben dem Ringkern 10 umfasst die Ringkerndrossel 5 weiterhin einen elektrischen Leiter 6. Der elektrische Leiter 6 ist beispielsweise auf den Ringkern 10 aufgewickelt. Die Ringkerndrossel 5 kann dabei beispielsweise nur einen elektrischen Leiter 5 umfassen, sie kann aber auch mehrere auf den Ringkern 10 gewickelte elektrische Leiter 5 umfassen. So bildet der elektrischen Leiter 6 zusammen mit dem Ringkern 10 eine Toridspule, die beispielsweise auch als Kreisringspule, oder Ringspule bezeichnet wird.
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Der Kühlkörper 20 ist aus einem wärmeleitenden Material, beispielsweise aus Aluminium, gefertigt. An dem Kühlkörper 20 sind Kühlelemente 22 ausgebildet. Die Kühlelemente 22 sind einstückig mit dem Kühlkörper 20 ausgebildet. Die Kühlelemente 22 ragen von einer Oberseite 21 des Kühlkörpers 20 in Richtung der Ringkerndrossel 5 ab. Dabei ragen sie Kühlelemente 22 in den Ringkern 10 der Ringkerndrossel 5 hinein. Dazu sind in dem Ringkern 10 Ausnehmungen 14 komplementär zu den Kühlelementen 22 ausgebildet. Die Ausnehmungen 14 sind Hohlräume im Ringkern 10, die sich von der zweiten Oberfläche 12 des Ringkerns 12 ausgehend in Richtung zur ersten Oberfläche 11 des Ringkerns 12 hin erstrecken. Die Ausnehmungen 14 können dabei, wie in dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel, als Sacklöcher ausgebildet sein, so dass sie an der zweiten Oberfläche 12 geöffnet sind aber an der ersten Oberfläche 11 geschlossen sind. Die Ausnehmungen 14 können aber auch als Durchgangsbohrungen ausgebildet sein und sowohl an der zweiten Oberfläche 12 als auch an der ersten Oberfläche 11 geöffnet sein.
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Jedes von der Oberseite 21 des Kühlkörpers 20 abragende Kühlelement 22 ragt in jeweils eine komplementär zum jeweiligen Kühlelement 22 ausgebildete Ausnehmung 14 des Ringkerns 10 hinein. Die Kühlelemente 22 und die Ausnehmungen 14 sind dazu beispielsweise zylinderförmig ausgebildet. Die Kühlelemente 22 weisen zylinderförmige Außenflächen 23 auf. Der Ringkern 10 weist die Ausnehmungen 14 begrenzende zylinderförmige Innenflächen 15 auf. Die Innenflächen 15 des Ringkern 10 stehen mit den Kühlelementen 22 in direktem Kontakt. So kann Wärme vom Ringkern 10 über die Innenflächen 15 des Ringkerns 10 an die Außenflächen 23 der Kühlelemente 22 geleitet werden. Der Ringkern 10 umgibt somit die Kühlelemente 22 in der Ebene E senkrecht zur axialen Richtung A.
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Die Kühlelemente 22 sind in dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel stabförmig ausgebildet. Die Längsachsen der stabförmig ausgebildeten Kühlelemente 22 sind parallel zu der axialen Richtung A ausgerichtet. Die Längsachsen der stabförmige ausgebildeten Kühlelemente 22 verlaufen alle parallel zueinander.
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Die Kühlelemente 22 sind um die zentrale Ringöffnung 18 herum angeordnet. In der Ebene E senkrecht zur axialen Richtung A sind die Kühlelemente 22 in einem Kreis angeordnet. Dieser Kreis kann, wie in dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel, konzentrisch zu den ringförmigen Oberflächen 11, 12 angeordnet sein. Die Kühlelemente 22 sind in dem Kreis in der Ebene E mit gleichen Abständen zwischen aufeinander folgenden Kühlelementen 22 angeordnet.
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Die Kühlelemente 22 ragen in der axialen Richtung A in den Ringkern 10 hinein. Der Abstand a zwischen den planparallel angeordneten ringförmigen Oberflächen 11,12 wird in axialer Richtung A gemessen. Die Kühlelemente 22 können beispielsweise zu wenigstens 50% des Abstands a parallel zur axialen Richtung A von der zweiten Oberfläche 12 aus in den Ringkern 10 hineinragen. Die Kühlelemente 22 können beispielsweise auch zu wenigstens 75% des Abstands a von der zweiten Oberfläche 12 aus parallel zur axialen Richtung A in den Ringkern 10 hineinragen. Die Kühlelemente 22 können beispielsweise auch zu wenigstens 90% des Abstands a von der zweiten Oberfläche 12 aus parallel zur axialen Richtung A in den Ringkern 10 hineinragen. Die Kühlelemente 22 können aber beispielsweise auch von der zweiten Oberfläche 12 aus parallel zur axialen Richtung A bis zur ersten Oberfläche 11 durch den Ringkern 10 hindurchragen.
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Selbstverständlich sind noch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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