DE10308010A1

DE10308010A1 - Isolierteil, Ringkern, Ringkerndrossel und Verfahren zur Herstellung der Ringkerndrossel

Info

Publication number: DE10308010A1
Application number: DE10308010A
Authority: DE
Inventors: Josef Feth; Jürgen STABENOW; Günter FEIST
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-09
Also published as: WO2004077459A1; CN1754232A; EP1597739A1; JP2006518933A; CN1754232B; DE502004004289D1; US7280027B2; EP1597739B1; JP4582656B2; US20060192649A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Isolierteil zum Einbau in das Kernloch eines Ringkerns (2), enthaltend eine Anzahl n >= 2 radial nach außen verlaufender Stege (31, 32, 33), wobei wenigstens ein Steg (31, 32, 33) ein elastisch in radiale Richtung verformbares Federelement (4) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Ringkern (2), ein Verfahren zum Bewickeln des Ringkerns (2) und eine Ringkerndrossel. Durch das Isolierteil (1) können Toleranzen in dem Kernlochdurchmesser leicht ausgeglichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Isolierteil zum Einbau in den Innenraum eines Ringkerns. Ferner betrifft die Erfindung einen Ringkern mit einem Isolierteil. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Ringkerndrossel. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Ringkerndrossel.
Zur Herstellung von Mehrfachdrosseln werden auf Ringkerne entlang eines Umfangs mehrere voneinander isolierte Wicklungen aufgebracht. Um die elektrische Isolierung zwischen den Wicklungen zu gewährleisten, werden im Innenraum des Ringkerns eine oder mehrere Potentialtrennungen vorgesehen. Dadurch wird der im Innern des Ringkerns befindliche Wickelraum vorzugsweise in mehrere gleich große Wickelräume unterteilt.
Da die Ringkerne bei der Herstellung mit einer Isolierung umsintert werden, weisen die umsinterten Kerne bezüglich ihres Innendurchmessers relativ starke Abweichungen voneinander auf. Eine Potentialtrennung sollte diese Toleranzen möglichst ausgleichen können.

Es ist bekannt, den Ringkern auf eine Halterung mit angespritzten Isolierstegen aufzusetzen. Dies hat den Nachteil, daß die Potentialtrennung erst nach dem Bewickeln eingebaut werden kann. Daher bleibt bei Drosseln mit einer hohen Anzahl von Windungen, die in zwei oder sogar noch mehr Lagen auf dem Ringkern angeordnet werden müssen, kein oder nur sehr wenig Platz zum nachträglichen Einbau der angespritzten Isolierstege.

Des weiteren ist es bekannt, zwei Preßspanplättchen ineinander zu stecken und anschließend in den Ringkern einzubauen. Dies hat den Nachteil, daß sich die Plättchen beim Bewickeln durch den Wickelzug leicht verschieben lassen. Dies hätte zur Folge, daß die Wickelräume in ihrer Größe voneinander abweichen würden. Dadurch wäre es nicht möglich, unter optimaler Ausnutzung des vorhandenen Platzes mehrere gleich große Wicklungen auf der Drossel anzuordnen.

Gemäß einer anderen bekannten Technik zur Herstellung der Potentialtrennung werden mehrere Kunststoffplättchen gegeneinander im Kernloch, also im Innenraum des Ringkerns verklemmt. Dies hat den Nachteil, daß die Anordnung von Kunststoffplättchen erst nach dem Einbau des letzten Plättchens richtig stabil ist. Darüber hinaus hat dies den Nachteil, daß für den Einbau ein relativ hoher Aufwand erforderlich ist.

Es ist ferner bekannt, Ringkerne in Kunststofftrögen oder mit Kunststoff umspritzte Kerne mit angeformten Nuten zur Aufnahme von starren Kunststoffisolierstegen bzw. Kunststoffisolierkreuzen zu verwenden. Durch die Kunststoffhülle werden die Toleranzen des Kerninnendurchmessers aufgenommen. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß durch die Kunststoffumhüllung wertvoller Wickelraum verloren geht. Ferner ergibt sich der Nachteil, daß die Umhüllung aufgrund ihrer komplexen geometrischen Gestalt kostenintensiv in der Herstellung ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Isolierteil für einen Ringkern anzugeben, das einfach montiert werden kann und das Toleranzen von Kernlochdurchmessern ausgleichen kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Isolierteil nach Patentanspruch 1. In den weiteren Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Isolierteils, ein Ringkern für eine Ringkerndrossel, eine Ringkerndrossel sowie ein Verfahren zum Bewickeln eines Ringkerns angegeben.

Es wird ein Isolierteil zum Einbau in das Kernloch eines Ringkerns angegeben, das eine Anzahl n ≥ 2 radial nach außen verlaufender Stege enthält. Dabei weist wenigstens ein Steg ein elastisch verformbares Federelement auf.

Das Isolierteil hat den Vorteil, daß es aufgrund des vorzugsweise durch eine radiale Kraft verformbaren Federelements an verschiedene Kernlochdurchmesser von Ringkernen angepaßt werden kann. Darüber hinaus hat das Isolierteil den Vorteil, daß es aufgrund seines einfachen Aufbaus einfach und preisgünstig, beispielsweise mittels Spritzguß hergestellt werden kann.

In einer Ausführungsform des Isolierteils sind am äußeren Ende eines Stegs elastische Zungen angeordnet. Diese elastischen Zungen übernehmen dann zumindest teilweise die Funktion der verformbaren Federelemente. Sie können beispielsweise für einen oder mehrere Stege paarweise an deren äußeren Enden angeordnet sein und jeweils abweichend von der radialen Richtung verlaufen.

In einer anderen Ausführungsform des Isolierteils sind benachbarte Stege durch elastische Trägerelemente miteinander verbunden.

Diese Trägerelemente können gleichzeitig zur isolierenden Unterteilung des Kernlochs in Wickelräume verwendet werden. Sie bilden beispielsweise komplementär zum zwischen zwei Stegen liegenden Abschnitt des Ringkerns eine innere Begrenzung.

In einer anderen Ausführungsform des Isolierteils sind die Stege im wesentlichen um einen Winkel von 360°/n gegeneinander versetzt. Dadurch gelingt es einfach und in vorteilhafter Weise, das Kernloch in gleich große Wickelräume zu unterteilen.

In einer anderen Ausführungsform des Isolierteils weist dieses eine n-zählige Symmetrieachse auf. Darunter ist zu verstehen, daß das Isolierteil bei Drehung um die Symmetrieachse um einen Winkel von 360°/n auf sich selbst abgebildet wird. Eine solche Symmetrie hat den Vorteil, daß die Herstellung wesentlich vereinfacht werden kann, da eine möglichst geringe Formenvielfalt zu beachten ist.

In einer anderen Ausführungsform ist das Isolierteil einstükkig ausgebildet. Dadurch kann es beispielsweise vorteilhaft durch eine Spritzgußtechnik hergestellt werden.

In einer anderen Ausführungsform des Isolierteils kann dieses einen Thermoplasten, z. B. Polycarbonat enthalten. Das Material Polycarbonat hat den Vorteil, daß es einerseits elektrisch sehr gut isoliert und andererseits ein sehr gutes Brandverhalten, nämlich eine nur sehr geringe Brennbarkeit entsprechend der Norm UL 94 V-0 aufweist.

Als Polycarbonat kommen beispielsweise die Materialien Lexan oder auch Macrolon in Betracht.

Es wird darüber hinaus ein Ringkern angegeben, der eines der soeben beschriebenen Isolierteile in seinem Kernloch enthält. Ein solcher Ringkern hat den Vorteil, daß er sehr vorteilhaft zum Herstellen einer Ringkerndrossel verwendet werden kann. Ein solches Herstellungsverfahren wird im folgenden angegeben: Es wird ein Ringkern verwendet, in dessen Kernloch ein Isolierteil angeordnet ist. Das Isolierteil ist so ausgebildet, daß es den Ringkern in axialer Richtung überragt. Das Isolierteil kann auf der Oberseite und auf der Unterseite den Ringkern überragen oder auch nur auf einer Seite. Während des Bewickelns des Ringkerns wird dieser am Isolierteil gehalten. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß der mechanisch sehr empfindliche und beispielsweise umsinterte Ringkern während des Wickelns nicht durch eine Haltevorrichtung mechanisch belastet wird.

Es wird darüber hinaus eine Ringkerndrossel angegeben, die einen soeben beschriebenen Ringkern enthält. Darüber hinaus ist jeder zwischen zwei Stegen liegende Abschnitt des Ringkerns mit einer Wicklung bewickelt.

Durch eine solche Ringkerndrossel läßt sich auf einfache Art und Weise eine Mehrfachdrossel mit mehreren von gegeneinander isolierten Wicklungen, die noch dazu auch die gleiche Anzahl von Windungen enthalten können, realisieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert:
1 zeigt ein beispielhaftes Isolierteil in einer Draufsicht.
2 zeigt das Isolierteil aus 1 in einer Seitenansicht.
3 zeigt eine beispielhafte Ringkerndrossel enthaltend ein Isolierteil nach 1 in einer Seitenansicht.
4 zeigt die Ringkerndrossel aus 3 in einer Draufsicht.
Es wird darauf hingewiesen, daß mit gleichen Bezugszeichen bezeichnete Elemente einander gleichen oder wenigstens hinsichtlich ihrer Funktion gleich sind.
1 zeigt ein Isolierteil 1 in einer Draufsicht. Es weist Stege 31, 32, 33 auf, die durch Trägerelemente 421, 422, 423 miteinander verbunden sind. Die Stege 31, 32, 33 erstrecken sich in radiale Richtung von einem gedachten Mittelpunkt des Isolierteils weg. Durch den gedachten Mittelpunkt des Isolierteils 1 läuft die Symmetrieachse 5 (vgl. 2).
Die Trägerelemente 421, 422, 423 sind dabei sehr dünnwandig ausgeführt und weisen einen relativ großen äußeren bzw. inneren Krümmungsradius R1, R2 auf. Beispielsweise kann der innere Krümmungsradius R1 16,5 mm und der äußere Krümmungsradius R2 16 mm betragen. Daraus ergibt sich eine Wandstärke der Trägerelemente von 0,5 mm. Solche Trägerelemente 421, 422, 423 zeichnen sich durch eine hohe Elastizität aus, was bedeutet, daß sie durch Drücken der verglichen mit den Trägerelementen starren Stege 31, 32, 33 in radiale Richtung verformt werden können, und somit die Anpaßbarkeit des Isolierteils an verschiedene Kernlochdurchmesser demonstrieren.
Die Stege 31, 32, 33 weisen eine Wandstärke W von 2 mm auf. Die Trägerelemente 421, 422, 423 weisen eine Wandstärke w von 0,5 mm auf.
An den äußeren Enden der Stege 31, 32, 33 sind jeweils paarweise Zungen 411a, 411b; 412a, 412b und 413a, 413b angeordnet. Diese Zungen erstrecken sich in eine von der radialen Richtung abweichende Richtung und sind hinsichtlich ihrer Wandstärke so ausgeführt, daß sie der Wandstärke der die Trägerelemente 421, 422, 423 gleichen. Die Zungen 411a, 411b, 412a, 412b, 413a, 413b erfüllen hierbei mit die Funktion der Federelemente 4. Durch ausüben eines Drucks in radiale Richtung können die Zungen sowie die Trägerelemente des Isolierteils zur Seite gebogen werden, und eine Anpassung des Isolierteils an kleinere Kernlochdurchmesser kann stattfinden.
Das Isolierteil 1 weist in seiner Mitte einen in etwa dreieckförmigen, geradlinig durch die gesamte Höhe (vgl. 2) laufenden Hohlraum auf, wodurch das Isolierteil 1 sehr einfach in einer Spritzgußtechnik hergestellt werden kann. Aufgrund der Trägerelemente 421, 422, 423, die jeweils zwei Stege 31, 32, 33 miteinander verbinden, weist das Isolierteil auch eine hohe mechanische Stabilität auf, die es erlaubt, das Isolierteil als einstückiges Element bereits vor dem Bewickeln des Ringkerns in dessen Kernloch einzuschieben.
Im Fall von drei Stegen 31, 32, 33 sind diese um einen Winkel α von 120° gegeneinander versetzt.
Es ist jedoch zu beachten, daß die vorliegende Erfindung nicht auf drei Stege beschränkt ist. Vielmehr kommt es in Betracht, anstelle von drei auch zwei oder vier oder fünf oder eine größere ganze Anzahl von Stegen zu verwenden, um das Kernloch des Ringkerns in gleich große oder in einfach in eine Vielzahl von Wickelräumen zu unterteilen.
Es ist in 1 noch angegeben, daß sich das Isolierteil radial so weit erstreckt, daß es von einem Kreis mit einem Durchmesser D von 32,4 mm umschrieben werden kann.
Der Mittelpunkt des umschreibenden Kreises bildet gleichzeitig den Mittelpunkt des Isolierteils, was bei der Bezeichnung „radial" jeweils zu berücksichtigen ist.
Aufgrund der mit den starren Stegen zusammenwirkenden Federelemente 4, die in dem Isolierteil gemäß 1 enthalten sind, kann das Isolierteil mechanisch sehr fest im Kernloch eines Ringkerns befestigt werden, was den Vorteil hat, daß sich die Stege des Isolierteils 1 nicht während des Bewikkelns wegdrücken lassen.
Für die Zwecke der Herstellung mittels Spritzgußtechnik ist noch eine Andrückfläche 12 vorgesehen, mittels derer das Isolierteil 1 aus der Spritzgußform herausgedrückt werden kann.
2 zeigt eine Seitenansicht des Isolierteils 1 aus 1, aus der die Höhe h von 24 mm hervorgeht. Darüber hinaus ist in 2 die Symmetrieachse 5 gezeigt, die durch das Zentrum des Isolierteils 1, gezeigt in 1 als Mittelpunkt des äußeren Kreises, verläuft. Aus 2 geht ferner hervor, daß an den Seiten an der Oberseite und an der Unterseite des Isolierteils 1 Anschrägungen 13 vorgesehen sein können, bei denen die Außenkanten gegenüber der Symmetrieachse 5 um einen Winkel β geneigt sind. Der Winkel β kann beispielsweise 45° betragen. Die Anschrägungen 13 erleichtern das Einführen des Isolierteils in das Kernloch eines Ringkerns, da somit eine automatische Selbstzentrierung erreicht wird.
3 zeigt eine Ringkerndrossel in einer Seitenansicht. Es ist dabei ein Ringkern 2 dargestellt, auf den eine Wicklung 8 aufgebracht ist. In das Kernloch des Ringkerns 2 ist ein Isolierteil 1 gemäß 1 eingeschoben. Die Höhe h des Isolierteils 1, sowie die Höhe hR des Ringkerns und die Höhe hW der Wicklung 8 sind so gewählt, daß auf beiden Seiten also auf der oberen und auf der unteren Seite des Ringkerns 2 ein Überstand 7 des Isolierteils 1 resultiert. Dieser Überstand 7 kann auf einer oder auf beiden Seiten des Ringkerns vorhanden sein. Er wird dazu benutzt, den Ringkern 2 während des Wikkelns der Wicklungen 8 zu halten.
4 zeigt eine Draufsicht auf die Ringkerndrossel aus 3. Es ist zu erkennen, daß das Kernloch 6 durch das Isolierteil 1 in drei gleich große Wickelräume 111, 112, 113 unterteil ist. Jeder zwischen zwei Stegen liegende Abschnitt 91, 92, 93 des Ringkerns 2 ist mit einem Draht 10 bewickelt, wodurch drei voneinander gut isolierte Wicklungen 8 entstanden sind.
Es wird darauf hingewiesen, daß sich die vorliegende Erfindung nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist vielmehr denkbar, daß anstelle von drei auch weniger oder mehr Stege zur Unterteilung des Kernlochs in Wickelräume verwendet werden. Darüber hinaus ist die Ausbildung der Federelemente nicht auf Trägerelemente oder Zungen beschränkt. Es kommen vielmehr alle möglichen geeigneten Vorrichtungen in Betracht, um eine Federung der vorzugsweise starren Stege in radialer Richtung zu erreichen.

1: Isolierteil
2: Ringkern
31, 32, 33: Steg
4: Federelement
411a, 411b, 412a, 412b, 413a, 413b: Zunge
421, 422, 423: Trägerelement
5: Symmetrieachse
6: Kernloch
7: Überstand
8: Wicklung
91, 92, 93: Abschnitt
10: Draht
111, 112, 113: Wickelraum
12: Andrückfläche
13: Anschrägung
α, β: Winkel
D: Durchmesser
W: Wandstärke
w: Wandstärke
h, hR, hW: Höhe

Claims

Isolierteil zum Einbau in das Kernloch eines Ringkerns (2), – enthaltend eine Anzahl n ≥ 2 radial nach außen verlaufender Stege (31, 32, 33), wobei wenigstens ein Steg (31, 32, 33) ein elastisch verformbares Federelement (4) aufweist.
Isolierteil nach Anspruch 1, bei dem am Ende eines Stegs (31, 32, 33) elastische Zungen (411a, 411b, 412a, 412b, 413a, 413b) angeordnet sind.
Isolierteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem zwei benachbarte Stege (31, 32, 33) durch elastische Trägerelemente (421, 422, 423) verbunden sind.
Isolierteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Stege (31, 32, 33) im wesentlichen um einen Winkel (a) von 360°/n gegeneinander versetzt sind.
Isolierteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das eine n-zählige Symmetrieachse (5) aufweist.
Isolierteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das einstückig ausgebildet ist.
Isolierteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ein Spritzgußteil ist.
Isolierteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das einen Thermoplasten enthält.
Ringkern enthaltend ein Isolierteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in seinem Kernloch (6).
Verfahren zum Bewickeln eines Ringkerns (2), – wobei ein Ringkern (2) nach Anspruch 9 verwendet wird, bei dem das Isolierteil (1) in axialer Richtung übersteht, – und wobei der Ringkern (2) während des Wickelns am Isolierteil (1) gehalten wird.
Ringkerndrossel, enthaltend einen Ringkern (2) nach Anspruch 9, bei der jeder zwischen zwei Stegen (31, 32, 33) liegende Abschnitt (91, 92, 93) des Ringkerns (2) mit einer Wicklung (8) bewickelt ist.