DE2260492A1 - Elektrischer transformator mit gedruckter anordnung - Google Patents

Description

• Elektrischer Transformator mit gedruckter Anordnung Transformatoren sind wichtige Bauelemente in der Elektrotechnik.
• Während es insbesondere für die Elektronik gelang, fast alle wesentlichen Bauelemente zu verkleinern, ist dies bei Transformatoren nur im geringeren Maße erreicht worden. Allein der runde Leiterquerschnitt der Drähte bedingt eins Verschlechterung des Eüllfaktors im Vergleich zu einem raht mit Rechteckquerschnitt.
• Weiterhin ist es erwünscht1 die maximal zulässigen Temperaturen zu erhöhen und bessere Kühlbedingungen zu schaffen, der die zulässigen Stromdichten zu erhöhens Weiterhin ist es bisher kaum möglich, besonders kleine Transformatoren für größere Spannungen herzustellen, da das Wickeln von Kupferdrähten unter einem Durchmesser von 0,02 bos O,O-P mm Schwierigkeiten bereitet Ebenso ergeben sich bei Transformatoren im Ton - und Mittelfrequenzbereich dadurch Probleme, daß wegen der großen Windungsspannungen nur wen;Lge Windungen dicken Drahtes um relativ kleine Kerne gefertigt werden müssen, was wegen der kleinen Biegeradien dazu führt, daß diese Transformatoren größer gebaut werden, als es allein von ihrer Leistung her nötig wäre0 Transformatoren sind bisher nur relativ zeitaufwendig zu fertigen. Weiterhin hängt die Qualität der Wicklung sehr von oder Zuverlässigkeit des Wicklers abs Die Streuungen des Wicklungsfüllfaktors sind relativ groß, weshalb Jeweils ein relativ großer Sioherheitszuschlag zum max.
• erreichbaren Wicklungs-Füllfaktor gemacht werden muß. Hinzu kommen Streuungen der Drahtdurchmesser0 Verborgene Mängel der Draht führung bzw. der Zwischenisolierung zeigen sich häufig erst durch Frühausfälle der Geräte.
• Anzapfungen der Wicklung verschlechtern den Wicklungs-Füllfaktor weiter. Nachträgliche Änderungen der Anzapfungen und das Anbringen weiterer sind nicht möglich.
• Bei Auftreten eines Windungsschlusses bzw. einer Unterbrechung ist eine Reparatur oft so teuer, daß sie nicht lohnt.
• Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die geschilderten Nachteile zu vermeiden bzw. zu vermindern und eine wesentliche Verbesserung der Kenndaten zu erreichen.
• Nun ist es, insbesondere bei größeren Querschnitten, bereits ueblich, Hechteckquerschnitte zur Verbesserung des Wicklungs-Fullfaktors zu verwenden.
• Weiterhin werden für kleinere Induktivitäten bereits spiral förmige Leiterbahnführungen in gedruckten Schaltungen mit starrem Träger geätzt.
• Ebenso wurden bereits die den flexiblen gedruckten Schaltungen gleichenden Flachbandkabel für den Schaltungsaufbau benutzt.
• Um die eingangs aufgeführten Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß eine Anordnung nach Figur 1 vorgeschlagen, Ein flächiger Isolierstoff (1) wird beidseitig derart mit Leiterbahnen versehen, daß bei einer angenommenen Drehrichtung auf einer Fläche (2) eine von innen zum Außenrand spiralförmig steigende Tendenz besitzt und dessen beide Seiten so elektrisch miteinander verbunden sind, daß der Drehsinn auf beiden Seiten gleich ist.
• In der Weiterführung des Gedankens wird eine doppelseitige Spiralenkette nach Figur 2 vorgeschlagen, welche wechselseitig gefaltet eine Vervielfältigung der in Figur 1 dargestellten Anordnung ergibt und dessen einzelne Spiralen, elektrisch mit einander verbunden, im gefalteten Zustand gleichen Drehsinn besitzen.
• Es entsteht eine Anordnung, in der die einzelnen Lagen nicht wie bisher parallel, sondern quer zum Kern liegen. Natürlich muß ein Kernfenster vorgesehen werden.
• Für die Optimierung eines solchen Transformators kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Leiterbahn beim Durchtreten durch das Kernfenster sclwaler zu gestalten und eine örtlich größere Stromdichte zuzulassen.
• Ebenso wird man die Stromdichte am Außenrand größer halten als im Inneren, wodurch die gesamte Anordnung gleiche Temperatur erhält.
• Wird die ursprünglich bandförmige Anordnung so auf den Kern aufgebracht, daß zwischen den gefalteten Flächenstücken Luftspalte entstehen, die bei vertikaler Richtung eine natürliche Kühlung ermöglichen, die andererseits bei Kühlung durch einen Ventilator bzw. ein Gebläse die kühlende Oberfläche vergrößern und damit größere Stromdichten erlauben.
• Die elektrische Verbindung der jeweils gegenüberliegenden Leiterbahnseiten erfolgt mittels Kontaktierung durch den Isolierstoff oder am Rande des Isolierstoffes.
• Weiterhin können die Flächenstücke (4; 5; 6; usw.) als elektrische Anzapfmöglichkeit, auch nachträgl-ich, dienen, Es dürfte eine der wesentlichen Vorteile der Anordnung seine daß sie durch eines bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen üblichen Verfahren hergestellt werden kann.
• Da dort großflächige Gebilde z+B. einem gleichzeitigen Ätzvorgang unterworfen werden können, ergibt sich eine kurze Fertigungszeit. Nun erweist es sich in einigen Fällen als vorteilhaft, die geätzten Leiterbahnen in einem Folgearbeitsgang mit Hilfe von preisgünstigen Rchkupferelektroden in einem galvanischen Bad zu verstärken.
• Während die Spaltbreite beim Ätzvorgang im Prinzip nicht kleiner als die Materialstärke gehalten werden kann, ist dieses Verhältnis bei einer galvanischen Verstärkung wesentlich zu verbessern.
• Weiterhin ist natürlich eine galvanoplastische Fertigung mögsich. Als Ausgangsmaterialien sind die bei der Herstellung von flexiblen gedruckten Schaltungen üblichen falzbaren Materialien geeignet, die wegen der Voraussetzung der Lötbarkeit eine hohe Temperaturfestigkeit besitzen, welche andererseits große tromdichten erlaubt. Es ist auch die Verwendung von Kupferfolien möglich, welche nach dem Ätzvorgang mit Isolierlack bzw. mit Kunststoffolien, auch zur isolierenden Abdeckung, versehen werden. Da hierbei der Ätzvorgang pro Kupferfolie beidseitig erfolgen kann, ergeben sich auch kleinere Spaltbreiten.
• Mit den vorgeschlagenen Maßnahmen ist es möglich geworden, bei Wahl kleinerer Ätzspaltbreiten eines großen Kupfer-isolierstoffverhältnisses bei dünnen Abdeck-Isolierscflichten große Kupfer-Füllfaktoren zu erreichen, die in Verbindung mit der bescllriebeinen Verstärkung der Kühlung und Erhöhung der durch die Trägerfolien zulässigen Temperaturen, eine wesentliche Verkleinerung der Transformatoren gestattet.
• Die Verbesserung des Kupfer-üllfaktors hat ebenso eine Verbesserung der Wärmeableitung der Anordnung zur Folge.
• Weiterhin lassen sich durch die in weiten Grenzen frei wählbaren Parameter wie Leiterbahnbreite, beiterbahnstärke, Kunststofffolienstärke extrem kleine bzw. große Leiterquerschnitte fertigen, wodurch extrem kleine Transformatoren für höhe Spannungen sowie eine Verbesserung von kleinen Mittelfreqenztransformatoren durch die kleinen spulen erreichen.
• Die Fertigungsvorgänge sind wenig lohnintensiv und lassen sich gut automatisieren, da eine große Zahl von Systemen gleicbzeitig gefertigt werden kann. Weiterhin lassen sich durch Einschaltung eines Prüfvorganges vor dein Falzvorgang "Windungsschlüsse" oder Unterbrechungen ausschalten. Mechanische Spannungen und andere verborgene Mängel sind weitgehend verineidbar.
• Durch die in Figur 2 gezeichnete Anordnung wird deutlich, daß viele, auch nachträgliche9 Anzapfungen möglich werden.
• Ein Spulenkörper kann entfallen, wenn der Isolierstoffträger breiter als die Spiralen bleibt.
• Durch Fortfall der bpulenlcörper wird neben der Verbilligung ein großer Teil des Kernfensters für die Anordnung frei.

Claims (10)

Pat entansprüche

1.) Anordnung für elektrische Transformatoren oder Drosseln, dadurch gekennzeichnet, daß ein flachiger Isolierstoffträger (1) beidseitig mit elektrischem Leitermaterial (2 und 3) versehen ist, welches bei einer festgelegt gedachten Drehrichtung auf einer Fläche (2) eine vom Außenrand nach innen und auf der anderen Fläche (3) eine von innen zum Außenrand spiralförmig steigende Tendenz besitzt und dessen beide Seiten so elektrisch miteinander verbunden sind, daß der Drehsinn auf beiden Seiten gleich ist.

2.) Anordnung für elektrische Transformatoren oder Drosseln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine doppelseitige Spiralenkette nach Figur 2, welche wechselseitig gefaltet, eine Vervielfältigung der Anordnung nach Anspruch 1 darstellt und dessen einzelne Spiralen so elektrisch miteinander verbunden sind, daß sie gleichen Drehsinn besitzen.

3.) Anordnung für elektrische Transformatoren oder Drosseln nach Anspruch 1 und 2, Xadurch gekennzeichnet, daß der + enfotrmige Leiterbahnzug eine in seinem-Verlauf sich ändernde Breite besitzt.

4.) Anordnung für elektrische Transformatoren oder Drosseln nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wechselseitig geschichtete Anordnung (4) so auf den Transformatorkern gebraucht wird, daß zwischen den einzelnen Falzungen ein Luftkanal für natürliche bzw. Gebläsekühlung bleibt (Figur 3).

5.) Anordnung fIr elektrische ttransforrnatoren otler Drosseln nach Anspruch 1 , dadurch gekeflnzeichnct, daß die elektrische Verbindung der beidseitigen spiraleiförrnigen Leiterbahnanordnungen durch den Isolierstoff' erfolgt.

6.) Anordnung für elektrische Transformatoren oder Drosseln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Flächenstück für eine elektrische Abgreifmöglichkeit (5) besitzt.

7.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralenförmigen Leiterbahnzüge durch einen Ätzvorgang erzeugt werden.

8.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch einen Ätzvorgang erzeugten spiralenförmigen Leiterbahnzüge durch einen galvanischen Auftragsvorgang verstärkt werden.

9.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, darl die Isolierung durch Isolierlack erfolgt.

10.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralenförmigen Leiterbahnzüge galvanisch erzeugt werden0 11.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung durch Kunststoffolien erfolgt.