DE2040681A1

DE2040681A1 - Mantelkerndrosselspule fuer Leuchten

Info

Publication number: DE2040681A1
Application number: DE19702040681
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Sturm Carl Heinz; Willi Weber
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-08-17
Filing date: 1970-08-17
Publication date: 1972-02-24
Also published as: CH549267A; AT318771B; FR2104398A5; NL7111296A

Description

Mantelkerndrosselspule für Leuchten

Die Erfindung betrifft eine Mantelkerndrosselspule, vorzugsweise für Yorsehaltgeräte für Leuchten, deren Querschnitt weitgehend ein quadratisches Profil von vorgegebenen Abmessungen darstellt.

Zur Stabilisierung und Begrenzung des Stromes in Leuchten werden in der Regel Hantelkerndrosselspulen benutzt. Da in den Gehäusen der Leuchten nur beschränkte Platzverhältnisse gegeben sind, sind die Profil-Querschnittsabmessungen der Mantelkerndrosselspule im allgemeinen vorgegeben. Um nun eine ausreichende Induktivität zu erhalten, werden die Maritelkerndrosselspulen langgestreckt ausgeführt. Dabei ergibt sich der Nachteil, dass gerade durch diese langgestreckte Porm eine erhöhte Materialmenge benötigt wird. Besonders durch die Erhöhung der Kupfermenge-werden die Gesamtkosten für die Herstellung einer Mantelkerndrosselspule wesentlich erhöht.

Wegen der genormten Profil-Querschnittsabmessungen lassen sich gewisse Grundsätze, die zu einer optimal niedrigen Materialmenge führen, nur sehr schwierig verwirklichen, wie man bei Betrachtung der schon bekannten Mantelkerndrosselspulen erkennt. Optimale Induktivität einer Spule bei kleinster Drahtlänge, also bei geringstem Kupferaufwand, lassen sieh nur dann erreichen, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind: zum einen soll die Wickelbreite gleich der Wickelhöhe sein, und zum anderen soll die Spulenflache kreisförmig ausgebildet sein, wobei der mittlere Radius der Spulenwioklung ll/ötel der Wickelbreite beträgt. (Handbuch für Hochfrequent- und Elektrotechniker, Band 1, Seite 251, 1949, Verlag für Radio-Photo- und ICinotechnik GmbH., Berlin)

PM A (IKJ

BAD ORIQlMAL

Eine bekannte Ausführung einer Mantelkerndrosselspule besteht aus einem Innenkern aus lameliierten Blechen mit einem Luftspalt und einem aua 4 Blechpaketen aufgebautem Außenkern, welche durch eine Blechummanteliuig zusammengehalten werden. Dabei ist die Wicklung der MantolkerndrosselspuTe wegen des genormten Querschnittes so angeordnet, daß sie den gesamten Innenkern quer umschließt und nur die beiden Stirnflächen freiläßt. Die Wickelbreite ist hier wesentlich größer als die Y/ickelhöhe, Das hat zur Folge, daß der Kupferanteil einen sehr großen Prozentsatz am gesamten Materialaufwand ausmacht.

Des weiteren ist eine Liatelkerndrosselspule bekannt geworden (CH-PS 477 075), deren Spulen, bei langgestreckter, äußerer Form mit genormtem Profilquerschnitt, einen dreieckförmigen Wicklungsquerschnitt aufweist. Der Wicklungsdraht i3t in zwei Öffnungen angeordnet, die sich parallel zur Längsachse erstrecken, und umschließt den Innenkern an seinen Stirnenden. Die Kernbleche des Innenkerns sind quer zur Längsache geschichtet, und bilden eine rechteckige Spulenf.lache. Diese Spulenfläche verläuft in Richtung der Profil-Querschnittsdiagonalfläche, die aus der Diagonalen des Profilquerschnittes und der Längsachse der Mantelkerndrosselspule gebildet wird. Der Materialanteil an Kupfer ist zwar etwas niedriger als der der Ausführung der DPS 972 815. So ist die Kupfermenge der Mantelkerndrosselspule der CH-PS 477 075 um 39 °ß> geringer als die der Mantelkerndrosselspule der DPS 972 815, wenn die Kupfermenge dieser als 100 ^cfo angesehen wird. Als weiterer Nachtfeil ist noch zu erwähnen, daß die Herstellung des Außenkerns, bestehend aus gebogenen Blechen, verhältnismäßig aufwendig ist. Insbesondere bereitet die Einschließung der Mantelkerndrosselspule mit einem oder mehreren Biochen mid die Einstellung den Iiuftspaltes Schwierigkeiten, da beides nur mit maschineller Kraft erfolgen kann.

Eo ist weiterhin eine Mantelkernurosöelspule vorgeschlagen worden (Patentanmeldung P 16 13 568.5-32, noch nicht bekanntge- j macht), deron in den Außenkern eingesetzte Spuleuwicklung

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als Scheibenspule ausgeführt ist und abgewinkelte Wickelköpfe
aufweist· Das Verhältnis von Wickelhöhe zu .Wickelbreite ist
hierbei größer als 2· Die Maßnahmen dieser Ausführung führen
zwar zui einer gewissen Eupfereinsparung, haben jedoch den
lTachteil der schwierigen Fertigung der abgewinkelten Spule
zur Folge. Die Estpfernenge dieser Mantelkerndrosselspule ist
um fast 59^ geringer als die der Mantelkerndrosselspule der
DPS 972 815»'.-bezogen auf deren Kupfermenge als

Ziel der Erf induing ist eine ManiELkerndrosselspule, bei der bei
gleicher Induktiv!tat unter Einhaltung eines vorgegebenen
Profilquersehnittes die Materialmenge, insbesondere die Kupfermenge _f weiter verringert ist.

Die erfindungggersäße üosung der Aufgabe besteht darin, die
Kernbleclie parallel zu einer Prof ilquer-schnittsdiagonalebene
zu schichten rand zwei den Innenkern begrenzende Öffnungen
quer zu den Kemfeleeiien vorzusehen, in der die Spulenwicklung
angeordnet ist» Dadurch wird es möglich, die Innenkernfläche ; einer .Kreisfläche weitgehend anzunähern. Praktisch führt man j sie als ein η-Eck mit n>4 Ecken aus, vorzugsweise als 6- oder
8-Eck, oder als Ellipse. Bei gleichem Flächeninhalt wie ein
Rechteck ergibt sich'durch Verwendung eines 6- oder 8- Ecks j eine Verkürzung der Windungslänge wegen des verringerten Um- · fanges, also eine Verringerung der Kupfermenge für vorgege- ! bene Inäiiktivität. Insgesamt wird die Kupfermenge einmal da- i durch verkleinert» iaß der Umfang eines 6- oder 8-Ecks klei- ·. ner ist, und zum anderen dadurch, daß bei gleichem vorgege- j benem Spulenwiderstaad der Leiterquerschnitt verringert wer- ; den kann. Beispielsweise erhält man für eine .Mantelkerndrosselspule.--der .gleichen. Baten wie die der vorig erwähnten eine J 'Kupferverringenmg: ua 69p₉ bezogen auf die Kupfermenge der
I'Iantelkerndrosselspiae der DPS 972 815 alo 100$.

-Γ I

Anhand lieiliegeiider Seichnungen werden weitere Ausführungsbci™ . spiele der Erfiaiimg erläutert. Dabei zeigen . i

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Fig. 1

Pig. 2 und Fig. 4

Fig. 5

Pig. 6 und Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10 und Pig. 12. bis Fig.

eine perspektivische Ansicht einer Mantelkerndrosselspule mit Teilfuge

Schnitt AA bzw. Schnitt BB zu Pig.1

Kernbleche für eine Mantelkerncirosselspule der Ausführung nach Fig. 1

eine Ausführung einer Mantelkerndroaselspule ohne·Teilfuge

Schnitt AA und Schnitt BB zu Pig. 4

Außenkernblech einer Mantelkerndrosselspule der*Pig. 5

Kernblech für einen Kern einer Mantelkerndrosselspule von ungeteilter Ausführung

Außenkern mit gestufter Breite bzw. Länge

verschiedene Ausführungen des V/icklungsquerschnittes und

Gesamtansicht einer Mantelkerndrosselspule mit Befe3tigungsträgern.

Bei einer ersten Ausführung einer Mantelkerndrosselspule für einen vorgegebenen Profilquerschnitt 14 (Fig. 1 bis 3) besteht der Kern aus insgesamt zwei Teilkernen 1 und 2, die um die Spulenwicklung 4 herum angeordnet ist· Die Bleche 5 und 6 (Fig. 4) liegen parallel zu einer Querschnittsprofildiagonalebene, die aus einer Diagonale dee Profilquerschnitts und der Längsachse der Mantelkerndrosselspule gebildet wird, und senkrecht dazu sitzt die Spulenwicklung 4 mit der von ihr eingeschlossenen Innenkernflache, die eine 8-eckige Porm aufweist. Die Befestigung der Teile untereinander erfolgt mit bekannten Mitteln. An den äußeren Stirnseiten befindet sich eine magnetische Stoßfuge (Außenluftspalt) 7.

Eine weitere Ausführung (Fig. 5 bis 7) ist so gestaltet, daß der Mantelteil 8 de3 Kerns aue rechteckigen, mi't einer viereckigen, insbesonders rechteckigen oder leiuht trapezförmigen Ausnehmung 9 versehenen Blechen 10 besteht, in die die opulenwicklung 4 ntit Innenkern 11 eingesetzt werden kann. Dadurch

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entstehen zwei Teilluftspalte 12 und 13. Die Ausnehmung 9 wird deshalb leicht trapezförmig ausgeführt, um durch einfaches manuelles Hin- und Herschieben die beiden Teilluftspalte 12, 13 einstellbar zu machen. Der Innenkern 11 wird vorteilhaft aus laiaellenförmig angeordneten Blechen 10 aufgebaut, deren Schichtung einen Winkel zu der Schichtung der Außenkernbleche aufweist. Dadurch wird die Verteilung des magnetischen Flusses verbessert. Fertigt man die Bleche des Innenkerns aus magnetisch hochwertigerem Material als die des Außenkerns, danti erhält man bei erhöhter Induktion eine kleinere Innenkernfläche und damit wiederum eine Kupfereinsparung. In vorteilhafter Weise legt man die magnetische Vorzugsrichtung der Bleche in Richtung der Spulenachse. Feben einer Verwendung von lamellierten Blechen für den Innenkern kann auch gewickeltes Bandmaterial verwendet werden. Des weiteren kommen auch Matoialien wie Eisenpulver .in Frage, also ganz allgemein Verbundmaterialien mit höherer magnetischer Permeabilität als Luft.

Eine vorteilhafte Ausführung der einzelnen Bleche besteht darin (Fig. 10 und 11), sie hinsichtlich ihrer Länge und Breite unterschiedlich zu machen und sie so zusammenzusetzen, daß ihre Außenkontur an der Schmal- und Breitseite gestuft ist. Dadurch wird eine merkbare Einsparung an Eisen bewirkt; die Mantelkerndrosselspule wird insgesamt leichter.

Eine weitere Ausführung des Kerns zeigt Fig, 9, Hier sind die \ Keriibleche'mit einer hantelförmigen Ausstansung versehen, in ! die nach Zusammensetzen der Bleche zu einem Blechpaket ein j Spulenkörper durch Drehung über einen äußeren Antriebsmechanis- j muscder bei geringerer Windungszahl der Wicklungsdraht durch Einfädeln eingebracht wird.

Der Querschnitt der Spulenwicklung ist rechteckig, vorteilhaft quadratisch, gestaltet, weil sich dadurch eine intensive magnetische Kopplung von Windung zu Windung ergibt (Fig. 12). Dabei reich 3n dia Wicklungskopfe über den Kern hinaus, be-

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ί finden sich ,jedoch noch innerhalb des quadratischen Quer— ^! schnittsprofils. Der eiaenfreie Raum wird auf diese Weise zusätzlich ausgenutzt.

Im allgemeinen werden die Spulenwicklungen mit Runddrahtleitern ausgeführt. Daneben kann man aber auch Bandleiter verwenden, wodurch je nach Windungszahl eine erhebliche Mehrausnutzung gegenüber Rundleiter an verfügbarem Wicklungsraum gewonnen wird. Außerdem kann dann als Leitermaterial ein preisgünstigerer Werkstoff benutzt werden. Zur -ärzielung eines besseren Füllfaktors werden Spulen mit höherer Windungszahl in 2- oder 4-teiliger Ausführung (Fig. 11) gefertigt. Die Zu- oder Ableitung der Wicklung kann oben erfolgen, wenn die Teilwicklungen in entgegengesetztem Sinne gev/ickelt ausgeführt sind.

Zwecks besserer Isolation gegen eine metallische Abdeckung kann die Spule nicht nur rechteckig, sondern vorteilhaft trapezförmig (Fig.14) bzw. dreiecksförmig (Fig. 15) gewickelt werden.

Eine weitere Ausführung der Spule (Zeichnerisch nicht dargestellt) besteht darin, um die Wicklung mit Innenkern einen aus zwei übereinandersteckbaren Schalen bestehenden Isolierkörper aus gut isolierendem Material anzuordnen. Dabei ist der Innenkern an dm Luftspalten gegen den Außenkern sehr gut isoliert. Das hat zur Folge, daß die Isolationsschicht zwischen Irm&nkern und Wicklung relativ dünn ausgeführt werden kann; dadurch v/ird der Umfang der Spule verringert, was ebenfalls zu einer Kupfereinsparung führt. Ohne speziellen Spulenkörper kann durch verbesserten Wärmekontakt zwischen Spule und Außenkern die zu benötigende Menge Kupfer weiter verringert werden.

Zur Befestigung einer Mantelkerndrosoelspule in ein Gehäuse für Entleulurißslampon kann vorteilhaft das mittlere Blech ueö Außenkerns benutzt werden. Dabei besttnt dieses Blech auu dik-

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kerem, jedoch magnetisch einwandfreiem Material. Es ist länger '

als die anderen Bleche, und ragt über die Drosselspule hinaus, i

Durch Umbiegen und Torsehen von Aus'nehmungen kann die Drossel- j spule auf einer geeigneten Unterlage befestigt werden.

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Claims

Patentansprüche

1.J Mantelkerndrosselspule für Vorschaltgeräte von Leuchten, deren Kern, bestehend aus Innen- und Außenkern, teilweise aus lameliierten Blechen aufgebaut ist und deren Querschnitt senkrecht zur Längsachse weitgehend ein quadratisches Profil ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche zumindest des Außenkerns* parallel zu einer Profilquerschnittsdiagonalebene geschichtet und zwei den Innenkern begrenzende Öffnungen senkrecht zu dieser Ebene vorhanden sind, in der die Spulenwicklung angeordnet ist.

2. Mantelkerndrosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus lameliier- \ ten Blechen zusammengesetzt ist, die mindestens ein Blech-

. paket bilden.

3. Mantelkerndrosselspule nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bildung des Außenr kerns aus einem Blechpaket dieser eine viereckige, vorzugsweise leicht trapezförmige Öffnung aufweist, in die die Spule zusammen mit dem Innenkern eingesetzt ist, wobei die Mantelkerndrosselspule insgesamt zwei Luftspalte aufweist, welche durch einfaches manuelles Verschieben der Spule mit dem Innenkern einsteilbar sind.

4. Mantelkerndrosselspule nach Anspruch 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet

daß die einzelnen Bleche,

aus denen der Kern zusammengesetzt ist, hinsichtlich Länge und/oder Breite unterschiedlich sind, so daß die Außenkontur an Stirn- und/oder Längsseite gestuft ist.

5. Mantelkerndrosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernbleche eine

hantelförpige.Aucsparung._aufweisen,, an deren beiden Öff·

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nungen die Spulenwicklung eingebracht ist, wobei als luftspalt die Verbindung der beiden Öffnungen dient.

6. Mantelkemdrosselspule nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtung der Bleche des Innenkerns einen Winkel zur Schichtung der Bleche j des Außenkerns aufweisen.

7. Mantelkerndrosseispule nach Anspruch 1, dadurch -ge kennzeichnet , daß der Innenkern als Massekern aus einem Werkstoff mit höherer magnetischer Permeabilität als Luft ausgeführt ist.

8. Mantelkerndrosselspule nach Anspruch 7» d a d u r c h gekenn ζ e i chnet , daß der Innenkern aus Band gewickelt ist.

9. Mantelkerndrosselspule nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Wicklungsquerschnitt _: .eine quadratische Form aufweist.

10. Mantelkerndrosselspule nach Anspruch 1, 7 und 8, dadurch g e k e η η ζ e i ohne t ,daß der Wicklungsquerschnitt trapezförmig ausgebildet ist.

11. Mantelkerndrosseispule nach Anspruch 1, 7 und 8, dadurch gekennz e i chnet ,daß der Wick— lungsquerschnitt dreieckförmig ausgebildet iat.

12. I4antelkerndrosselspule nach Anspruch 1, 7 und 8, d a -

d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Wicklung aus Leitprbandmaterial angefertigt ist.

13. Mantelkerndroüßelspule, da durch g e k e η η ζ e i ch-j net ,daß sich die Windungen der Wicklung und der Innenkern innerhalli eines aua zwei Schalen bestehenden, ineinan- |.

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der steckbaren Isolierkörpers befinden.

14. Mantelkerndrosselspule nach Anspruca 1,7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungen mit erhöhter Windungszahl in mehrteiliger, vorzugsweise 2- oder 4-teiliger Ausführung gefertigt sind.

15· Mantelkerndrosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Blech des Au- ! ßenkerns, gegenüber den anderen BlecLen dicker ausgebildet,

über die Enden der Mantelkerndrosselspule hinausragend, umgebogen und mit Ausnehmungen versehen ist.

16. Mantelkerndrosselapule nach Ansprach 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkern einen-Eckf.lache mit n>4 Ecken umschließt.

17. Mantelkerndrosselspule nach Ansprach 1,7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkern eine elliptische Fläche umschließt.

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