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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem induktiven Bauelement, wie einer Spule, einem Übertrager oder Transformator, das einen magnetischen Kern aufweist und Teil einer elektrischen Schaltung auf einer Leiterplatte (Platine, gedruckte Schaltung; englisch: printed circuit board, PCB) ist.
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Die Anschlüsse der induktiven Bauelemente sind bei einer solchen Vorrichtung auf der Leiterplatte verlötet, wohingegen ihr Kern oft keine elektrische Verbindung zu einem Potential der Schaltung hat. Diese Potentialfreiheit (Isolation) des Kerns kann insbesondere bei hohen Frequenzen zu ungewollten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten führen, die andere Bauelemente stören bzw. die elektromagnetische Verträglichkeit verschlechtern. An dem induktiven Bauelement kann ein zusätzlicher Anschluss vorgesehen werden, um den magnetischen Kern mit einem Potential der Schaltung zu verbinden. Dies führt jedoch zu hohen Herstellungskosten für das Bauelement, wenn der Anschluss von Hand am Kern angebracht werden muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die die beschriebenen Probleme verringern ohne dabei zu einer Erhöhung der Produktionskosten zu führen. Aufgabe ist es insbesondere, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der die elektromagnetische Verträglichkeit mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung wird durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche weitergebildet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung ein induktives Bauelement mit einem magnetischen Kern, eine Leiterplatte, auf der das induktive Bauelement verlötet ist und ein Kontaktelement auf. Das Kontaktelement ist mit einem Potential der Leiterplatte elektrisch verbunden und liegt an dem magnetischen Kern an, um den magnetischen Kern elektrisch zu kontaktieren und mit dem Potential zu verbinden. Das Kontaktelement ist kein Bestandteil des induktiven Bauelements und so angeordnet, dass es an dem magnetischen Kern anliegt, wenn das induktive Bauelement in die Vorrichtung eingebaut ist. Dies reduziert die Herstellungskosten und verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit. Der magnetische Kern ist zumindest an seiner Ober-/Kontaktfläche elektrisch leitend. Er kann ein Eisen- oder Ferritkern sein.
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Das Kontaktelement kann ein auf der Leiterplatte gelöteter Draht sein, wobei der Draht auf der Leiterplatte neben dem induktiven Bauelement angeordnet ist und sich in horizontaler Richtung bzw. in einer Haupterstreckung der Leiterplatte an dem magnetischen Kern abstützt.
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Der Draht kann hierbei gerade und orthogonal zu einer Haupterstreckung der Leiterplatte ausgebildet sein. Zusätzlich kann der Draht einen Vorsprung (Kontaktnase) in Richtung des magnetischen Kerns aufweisen, um eine definierte Kontaktstelle zwischen dem Draht und dem magnetischen Kern zu erhalten.
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Alternativ kann ein Ende des Drahts mit der Leiterplatte verlötet und orthogonal zu einer Haupterstreckung der Leiterplatte angeordnet sein, wobei das andere Ende des Drahts in Richtung des induktiven Bauelements gebogen ist und den magnetischen Kern kontaktiert.
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Alternativ kann das Kontaktelement wie bei einer Schere zwei gegeneinander beweglichen Schenkel aufweisen, wobei ein Schenkel mit der Leiterplatte verlötet ist und der andere Schenkel an dem magnetischen Kern anliegt. Mittels einem Federelement wirkt eine Kraft auf die zwei Schenkel, um den anderen Schenkel an den magnetischen Kern zu pressen. Dies ermöglicht einen guten Kontakt zwischen dem Kontaktelement und dem magnetischen Kern und erlaubt eine größere Toleranz beim Abstand zwischen dem Kontaktelement und dem magnetischen Kern auf der Leiterplatte bzw. bei unterschiedlichen Formen des induktiven Bauelements.
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Alternativ kann das Kontaktelement zwischen der Leiterplatte und dem magnetischen Kern angeordnet sein, wobei der magnetische Kern vor dem Verlöten des induktiven Bauelements lediglich auf dem Kontaktelement aufliegt bzw. auf diesem aufsetzt und im verlöteten Zustand eine elektrische Verbindung mit dem Kontaktelement herstellt.
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Das Kontaktelement kann hierbei ein auf die Leiterplatte gelöteter Draht oder ein auf die Leiterplatte gelötetes Bauelement sein.
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Alternativ kann das induktive Bauelement zumindest eine Spule und einen Spulenträger aufweisen, wobei das Kontaktelement ein zwischen der Leiterplatte und dem magnetischen Kern angeordneter Draht ist, der zumindest teilweise durch den Spulenträger verläuft oder an dem Spulenträger befestigt ist.
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Alternativ kann das Kontaktelement eine Lötfläche oder ein Lötauge der Leiterplatte sein, die bzw. das der magnetische Kern kontaktiert, wenn das induktive Bauelement auf der Leiterplatte aufsetzt bzw. verlötet ist.
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Alternativ kann die Vorrichtung ein Gehäuse aufweisen, wobei das Kontaktelement eine an einem Teil des Gehäuses befindliche Lasche ist. Die Lasche kann so ausgebildet sein, dass sie den magnetischen Kern kontaktiert, wenn das Gehäuse verschlossen, die Leiterplatte mit dem induktiven Bauelement in das Gehäuse eingesetzt oder das induktive Bauelement auf der Leiterplatte verlötet wird.
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Die Vorrichtung kann ein Betriebsgerät für Leuchtmittel, insbesondere LEDs, sein. Das induktive Bauelement kann Teil eines Gleichspannungswandlers, insbesondere eines Sperr- oder Resonanzwandlers, sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung mit einem induktiven Bauelement nach einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht,
- 2 eine Vorrichtung mit einem induktiven Bauelement nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht,
- 3 eine Vorrichtung mit einem induktiven Bauelement nach einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht,
- 4 eine Vorrichtung mit einem induktiven Bauelement nach einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht,
- 5 eine Vorrichtung mit einem induktiven Bauelement nach einem fünften Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht,
- 6 eine Vorrichtung mit einem induktiven Bauelement nach einem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht,
- 7 eine Vorrichtung mit einem induktiven Bauelement nach einem siebenten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht und
- 8 eine Vorrichtung mit einem induktiven Bauelement nach einem achten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht.
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Komponenten mit gleichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Zugunsten einer knappen Darstellung der Erfindung wird auf eine wiederholende Beschreibung der entsprechenden Elemente verzichtet.
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1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Leiterplatte 1 mit einem induktiven Bauelement 2 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht. Das in 1 gezeigte induktive Bauelement 2 weist einen magnetischen Kern 3, einen Spulenkörper 4 mit Spulenwicklungen (nicht gezeigt), vier elektrische Anschlüsse 5..8, die auf der Unterseite des induktiven Bauelements 2 aus dem Spulenkörper 4 herausführen und mit den Spulenwicklungen elektrisch verbunden sind, auf. Der magnetischen Kern 3 kann von ober gesehen ein runde oder eckige Form aufweisen.
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Das induktive Bauelement 2 ist Teil einer elektrischen Schaltung (nicht gezeigt) auf der Leiterplatte 1, wobei die elektrischen Anschlüsse 5..8 in für die Anschlüsse 5..8 vorgesehenen Lötaugen auf der Leiterplatte 1 verlötet sind. Die elektrische Schaltung bzw. deren Bauelemente erstrecken sich auf der Leiterplatte 1 in der Fläche (Horizontalebene) in Richtung X und Z und in der Höhe in Richtung Y (vertikal).
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Links neben dem induktiven Bauelement 2 auf der Leiterplatte 1 ist ein Draht 9 als Kontaktelement in einem Lötauge der Leiterplatte 1, das elektrisch mit einem bestimmten Schaltungspunkt der elektrischen Schaltung verbunden ist, verlötet. Der Draht 9 erstreckt sich in Richtung Y (vertikal) und berührt den magnetischen Kern 3 seitlich, um diesen zu kontaktieren bzw. eine elektrische Verbindung von diesem zum Schaltungspunkt herzustellen. Somit wird eine Isolation des magnetischen Kerns 3 oder Teilen davon bezüglich der elektrischen Schaltung verhindert. Der Schaltungspunkt kann vom Schaltungstyp abhängen und die Geräteerde, Masse bzw. ein Bezugspotential oder ein anderer Schaltungspunkt zum Beispiel bei Schaltungen mit Potentialtrennung sein.
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Der Draht 9 ist vorzugsweise bereits auf der Leiterplatte 1 verlötet bevor das induktive Bauelement 2 auf der Leiterplatte 1 verlötet wird, wobei die Lötaugen auf der Leiterplatte 1 so angeordnet sind, dass sich der Draht 9 und der magnetische Kern 3 nach dem Löten zwingend berühren. Der Draht 9 kann zumindest in horizontaler Richtung X eine Elastizität aufweisen, so dass im verlöteten Zustand beider Komponenten eine Kraft auf die Kontaktflächen wirkt, welche den Kontaktwiderstand reduziert.
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In der in 2 gezeigten Vorrichtung ist der Draht 10 so geformt, dass er einen Vorsprung 10a (Kontaktnase) in horizontaler Richtung X aufweist. Die Spitze des Vorsprungs 10a berührt/kontaktiert den magnetischen Kern 3 seitlich im verlöteten Zustand beider Komponenten und konzentriert die Anpresskraft an der Kontaktstelle. Zudem wird die Kontaktstelle auf einen definierten Bereich begrenzt.
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In der in 3 gezeigten Vorrichtung ist der Draht 11 gebogen, wobei sich der auf der Leiterplatte 1 verlötete Teil 11a des Drahts 11 in Richtung Y nach oben erstreckt und sich der den magnetischen Kern 3 berührende Teil 11b in horizontaler Richtung X erstreckt. Der Draht 11 ist rechtwinklig gebogen. Alternativ können die Teile 11a und 11b einen größeren oder kleineren Winkel als 90 Grad zueinander aufweisen.
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In der in 4 gezeigten Vorrichtung ist der auf der Leiterplatte 1 verlötete Teil 12a des Drahts 12 und der den magnetischen Kern 3 berührende Teil 12b mittels einem eine Feder aufweisenden Scharnier 12c verbunden. Die Feder drückt den Teil 12b des Drahts 11 in Drehrichtung R an den magnetischen Kern 3. Dies ermöglicht insbesondere bei unterschiedlichen Kerngrößen und/oder Kernformen eine hohe Toleranz beim Abstand zwischen dem Lötauge für den Draht 12 und der Kontaktstelle am magnetischen Kern 3. Alternativ können die Teile 12a und 12b nur mittels einer Feder (z.B. Schenkelfeder) ohne Scharnier 12c verbunden sein.
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In der in 5 gezeigten Vorrichtung weist das induktive Bauelement 2 nur eine Spulenwicklung (nicht gezeigt) und zwei elektrische Anschlüsse 5, 6, die jeweils seitlich des induktiven Bauelements 2 aus dem Spulenkörper 4 herausführen und mit der Spulenwicklung elektrisch verbundenen sind, auf. Auf der Leiterplatte 1 unterhalb des induktiven Bauelements 2 ist ein Draht 13 (angedeutet durch die gepunktete Line) in einem Lötauge, das elektrisch mit dem bestimmten Schaltungspunkt verbunden ist, verlötet und oberhalb der Leiterplatte 1 angeschnitten. Der magnetische Kern 3 liegt auf dem Draht 13 auf, so dass eine elektrische Verbindung zwischen ihm und dem bestimmten Schaltungspunkt besteht. Alternativ kann der magnetische Kern 3 und/oder das Lötauge so geformt sein, dass der magnetische Kern 3 das Lötauge direkt kontaktiert und kein Draht 13 nötig ist. Es ist auch möglich, dass der magnetische Kern 3 eine mit dem bestimmten Schaltungspunkt verbundene Leiterbahn, die nicht mit Lack überzogen ist, kontaktiert.
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In der in 6 gezeigten Vorrichtung weist das induktive Bauelement 2 einen Spulenträger 19 mit zwei Befestigungspins 20, 21 für die Befestigung des Spulenträgers 19 bzw. des induktiven Bauelements 2 auf der Leiterplatte 1 auf. Die Befestigungspins 20, 21 sind mit der Leiterplatte 1 verlötet, haben jedoch keine elektrische Verbindung zu der elektrischen Schaltung. Auf der Leiterplatte 1 ist ein zwei Anschlüsse 14a und 14b aufweisendes Bauelement 14 verlötet, bei dem einer der verlöteten Anschlüsse 14a, 14b sowohl eine elektrische Verbindung zu dem bestimmten Schaltungspunkt als auch zum elektrisch leitenden Gehäuse des Bauelements 14 hat.
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Der magnetische Kern 3 liegt vor und nach dem Verlöten der Befestigungspins 20, 21 und Anschlüsse 5, 6 auf dem elektrisch leitenden Gehäuse des Bauelements 14 auf und kontaktiert das als Kontaktelement dienende Bauelement 14. Die Befestigung des induktive Bauelements 2 mittels den am Spulenträger 19 angebrachten Befestigungspins 20, 21 ermöglicht einen stabilen elektrischen Kontakt zwischen dem magnetischen Kern 3 und dem Bauelement 13. Eine solche Befestigung mittels Spulenträger 19 kann auch bei dem in 5 gezeigten induktiven Bauelement 2 erfolgen, um einen stabilen elektrischen Kontakt zwischen dem magnetischen Kern 3 und dem Draht 13 bzw. dem Lötauge zu ermöglichen.
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In der in 7 gezeigten Vorrichtung weist der Spulenträger 19 zwei als Kontaktelemente dienende Befestigungspins (Drähte) 15, 16 auf. Die durch den Spulenträger 19 führenden Befestigungspins 15, 16 sind bis zum magnetischen Kern 3 verlängert, um diesen zu elektrisch kontaktieren. Zumindest einer der Befestigungspins 15, 16 ist in einem Lötauge verlötet, das elektrisch mit dem bestimmten Schaltungspunkt verbunden ist. Somit wird eine Isolation des magnetischen Kerns 3 oder Teilen davon bezüglich der elektrischen Schaltung verhindert, ohne ein zusätzliches Bauteil einzusetzen.
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In der in 8 gezeigten Vorrichtung erfolgt die Kontaktierung des magnetischen Kerns 3 über eine am Gehäuse der Vorrichtung angebrachte Lasche 17. Das Gehäuse besteht aus einem die Leiterplatte 1 tragenden Gehäuseboden 22 und einem Gehäusedeckel 23, der das Gehäuse verschießt und dabei die Leiterplatte 1 im Gehäuseboden 22 fixiert. Zumindest der Gehäusedeckel 23 ist elektrisch leitend und mit dem Schaltungspunkt oder einem anderen Bezugspotential elektrisch verbunden. Die Lasche 17 wird durch einen U-förmigen Schnitt im Gehäusedeckel 23 erzeugt und soweit nach innen gebogen, dass sie bei geschlossenem Gehäuse den magnetischen Kern 3 kontaktiert. Die durch den Ausschnitt der Lasche 17 erzeugte Öffnung im Gehäusedeckel 23 ist mit einer Platte 24 verschlossen. Die Stelle an der die Lasche 17 im Gehäuse angebracht ist, hängt von der Anordnung des magnetischen Kerns 3 auf der Leiterplatte 1 und der Anordnung der Leiterplatte 1 im Gehäuse ab. Somit ist es auch möglich, dass die Lasche 11 an einer anderen Stelle im Gehäuse beispielweise am Gehäuseboden 22 angebracht ist.
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Alternativ zur Lasche 17 kann der in 1, 2, 3 oder 4 gezeigte Draht 9, 10, 11 bzw. 12 am Gehäusedeckel 23 oder Gehäuseboden 22 befestigt sein, um den magnetischen Kern 3 zu kontaktieren oder der metallische Gehäusedeckel 23 so geformt sein, dass er im geschlossenen Zustand den magnetischen Kern 3 kontaktiert.
