DE2736963A1

DE2736963A1 - Funkentstoerdrossel und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2736963A1
Application number: DE19772736963
Authority: DE
Inventors: Goetz-Udo Hartmann
Original assignee: HARTMANN GOETZ UDO
Current assignee: HARTMANN GOETZ UDO
Priority date: 1977-08-17
Filing date: 1977-08-17
Publication date: 1979-02-22
Also published as: DE2736963C3; DE2736963B2

Description

"Funkentstördrossel und Verfahren zu
zur Herstellung " Die Erfindung betrifft olne Funkentstördrossel für Halbleiterschaltungen, insbesondere für solche mit Phasenanschnittsteuerungen, bestehend aus einem Rinokern und einer isoliert auf diesem angeordneten Drahtwicklung, wobei der Ringkern mindestens zwei Komponenten (A, 8, ...) enthält, von denen die eine Komponente (A) ein durch Druck verfestigter Körper aus ferromagnetischem Metallpulver und einem Isoierstoff ist.
Halbleiterschaltungen mit Phasenanschnittssteuerung finden zunehmend stärkere Verbreitung auf allen Gebieten der Technik. Phasenanschnittsteuerungen werden beispielsweise zur Steuerung der Energieaufnahme von Wechselstromverbrauchern, wie Gluhlampen, Leuchtstoffröhren, Heizgeräten, Motoren etc. verwendet. Aus der Funktion derartiger Phasenanschnittssteuerungen ergeben sich zwangsläufig starke Funkstörungen, die aufgrund einer Vorschrift des Verbandes deutscher Elektrotechniker unterdrUckt werden müssen (VDE-Vorschrift 0875). Funkentstördrosseln stellen dabei nur einen Teil der gesamten Entstörmittel dar, die einen nicht unerheblichen Kostenfaktor an den Gesamtkosten der elektrischen Ausrüstung ausmachen. Die Funkentstördrosseln werden im allgemeinen in Kombination mit einem oder mehreren Kondensatoren eingesetzt, wobei die Tandenz besteht, daß eine Verschlechterung der Eigenschaften der Funkentstördrossel durch einen höheren Aufwand im Hinblick auf die Kondensatoren ausgeglichen werden muß. Die Entstörmittel müssen infolgedessen als Ganzes betrachtet werden.
Ein'esonders interessantes Anwendungsgebiet sind die sogenannten pilner-Schaltungen, die in zunehmendem Umfange in der Wohnungs- Installationstechnik verwendet werden. Hierbei wird die Forderung gestellt, daß die Dimmer-Schalter einschließlich der Entstörmittel in den genormten Unterputzdosen untergebracht werden müssen, deren verfügbares Volumen für Schalter ohne Helligkeitsregler gerade eben ausreichend ist. Eine Vergrößerung des Bauvolumens der Funkentstörmittel ist infolgedessen nur auf Kosten der Abmessungen des Schalters möglich, die sich in letzter Zeit bereits einer unteren Grenze angenähert haben.
Die Ringkerne der fUr den genannten Zweck brauchbaren, bekannten Funkentstördrosseln bestehen im allgemeinen aus mindestens zwei Komponenten, um eine ausreichende Dämpfungswirkung Uber den gesamten vorgeschriebenen Frequenzbereich von 0,15 bis 30 MHz und ein geringes Lastverhältnis zu erreichen.
Bekannt geworden ist für diesen Zweck die Kombination aus Ferrit und einem geblechten Kern, der beispielsweise aus Transformatorenblech besteht (DT-AS 2 058 509). Der geblechte Kern hat dabei neben einer Dämpfung insbesondere im unteren Teil des Frequenzbereichs die Aufgabe, die Funkentstördrossel am unteren Ende des Leistungsbereichs, für den Schaltung und Entstörmittel ausgelegt sind, zu stabilisieren. So wird beispielsweise bei Dimmer-Schaltungen gefordert, daß ca. 10 X der Nennleistung als Minimal last flackerfrei geregelt werden können, d.h. daß die zu regelnde Leistung am oberen Grenzwert (z.B. 600 W als größte anschließbare Last) bis auf 10 X dieses Wertes (z.B.
60 W als kleinste anschliEbare Last) herabgesetzt werden kann.
Sobald bei den bisherigen Ringkernen Eingriffe in die Kernzusammensetzung vorgenommen wurden, hatte dies meist eine ungenügende Stabilität bzw. Flackerfreiheit zur Folge.
Man hat daher zur Absenkung der unteren Leistungsorenze derartiger Dimmer-Schaltungen häufig zu teuren und schwierig herzustellenden Ringbandkernen mit hohen Nickelanteilen gegriffen Den geblechten Kernen wohnt Jedoch die Eigenschaft inne, daß sie unter der Netzfrequenz zum Brummen neigen. Diese Neigung muß entweder durch entsprechende Legierungswahl und Blechstärke unterdrückt werden (OT-OS 18 13 643) oder durch Eingiessen in Gießharz (DT-AS 2 119 950), eine Maßnahme, die besonders aufwendig ist.
Es ist auch bereits bekannt, fUr die eine Komponente Reineisenpulver mit einem Bindemittelzusatz zu verwenden und mit dieser Komponente eine aus Eisendraht bestehe Wicklung zu vereinigen (DT-OS 25 05 080). Mit einer solchen Lösung ist es gelungen, die Forderung nach einet billigen Ringkern mit guten Dämpfungseigenschaften und hoher Brummfreiheit zu erfUllen. Bei der bekannten Lösung ist allerdings immer noch die Herstellung der Eisendrahtwicklung aufwendig, insbesondere deswegen, weil die Verarbeitung des Eisendrahtes einerseits und des Eisenpulvers andererseits durch zwei grundsätzlich verschiedene Arbeitsverfahren geschieht, nämlich durch Wickeln und.Pressen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Funkentstördrossel der eingangs beschriebenen Gattuno anzugeben, die ausschließlich durch Verpressen pulverförmiger Komponenten hergestellt werden kann und dennoch enge elektrische Toleranzen In Verbindung mit einer guten Dämpfungswirkung über den gesamten Frequenzbereich besitzt und etwa 10 X der Maximal leistung der Dimmer-Schaltung völlig flackerfrei zu regeln erlaubt.
Dabei soll die Funkentstördrossel die VDE-Vorschrift 0875, Entstörgrad "N",erfüllen, Die Einhaltung dieser Vorschrift soll dabei in Verbindung mit den übrigen, bekannten Entstörmitteln erfolgen.
Bezüglich der Aufgabenstellung spielt die Oberlegung eine Rolle, daß es sich bei Funkentstördrosseln um Massenartikel handelt, bei denen die Einhaltung engster elektrischer Toleranzen bei gleichzeitig merklich verringerten Herstellkosten von besonderer Bedeutung ist, so daß der Einsatz auch bei Halbleiterschaltungen ermöglicht wird, die selbst nur geringe Herstellkosten haben.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Funkentstördrossel gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß mindestens eine weitere Komponente aus gleichfalls ferromagnetischem Metallpulver besteht, welches einen unterschiedlichen Gehalt an Isolierstoff aufweist.
FUr die beiden Komponenten kommt somit ausschließlich ferromagnetisches Metallpulver, vorzugsweise Reineisenpulver zum Einsatz, wobei sich die Komponenten lediglich durch den Gehalt an Isolierstoff unterscheiden. Vorzugsweise weist hierbei die Komponente A einen Isolierstoffanteil von 0,05 bis 4,0 Gewichtsprozent und die Komponente B einen Isolierstoffanteil kleiner als 0,04 Gewichtsprozent auf.
Als Isolierstoff kommen hierbei sämtliche Stoffe in Frage, die einen ausreichenden Abstand der einzelnen Pulverpartikel bei entsprechender Isolierung gewährleisten und dem Ringkern eine ausreichende mechanische Festigkeit verleihen, d.h. die Eigenschaft eines Bindemittels haben. Die Skala der in Frage kommenden Isolierstoffe reicht dabei von Thermoplasten Uber Duroplaste bis zu pulverförmigen, anorganischen Isolierstoffen, Die fUr den genannten Zweck in Frage kommenden Isolierstoffe bzw. Bindemittel sind jedoch Stand der Technik, so daß hierauf nicht naher eingegangen zu werden braucht.
DarUberhinaus kann indestens einer Komponente zur Schonung der Preßform und zur Verringerung des notwendigen Pressendrucks eines der üblichen Gleitmittel zugesetzt werden, wobei jedoch der Grundsatz zu beachten ist, daß die Komponente mit dem kleineren Isolierstoffanteil möglichst frei von Gleitiitteln sein sollte, sei es, daß von Anfang an praktisch kein Gleit.ittel zugesetzt wird, sei es, daß das GleitmittEl nach dem Preßvorgang wieder ausgetrieben wird.
FUr sämtliche Komponenten kann Reineisenpulver mit einer Korngrößenverteilung zwischen 10/1 und 500so verwendet werden.
Für besondere Zwecke, bei denen etne weitere Verringerung der Kernverluste angestrebt wird und der Preis keine ausschlaggebende Rolle spielt, kann auch legiertes Eisenpulver anstelle des reinen Eisenpulvers verwendet werden. So ist es besonders vorteilhaft für die Komponente A Metallpulver aus einer Legierung mit bis zu 82 Gewichtsprozent Nickel und bis zu 5 Gewichtsprozent Molybdän zu verwenden, für die Komponente B Metallpulver aus einer Legieren9 mit bis zu 10 Gewichtsprozent Silizium.
Es ist jedoch besonders vorteilhaft, die Korngrößenverteilungen für die einzelnen Komponenten zu differenzieren. So ist es besonders zweckmäßig* für die Komponente A Reineisenpulver mit einer Korngröße zwischen 10 u und 100 und fUr die Komponente B Rtineisenpulver mit einer Korngröße zwischen 100 und 500leu zu verwenden.
Hinsichtlich der Verteilung der einzelnen Komponenten auf das Gesamtvolumen des Ringkerns sind im Prinzip zwei Lösungen mög- lich, nämlich die axiale Schichtung und die Schichtung in Umfangsrichtung des Ringkerns. Bei der axialen Schichtung wird bei der Herstellung so vorgegangen, daß in das Preßwerkzeug die einzelnen Komponenten aufeinandergeschichtet und gemeinsam verpreßt werden. Durch den Preßvorgang entsteht eine.0bergangszone geringer Tiefe zwischen den einzelnen Komponenten in Form einer Verzahnung, die eine hohe mechanische Festigkeit aufweist. Es ist dabei besonders zweckmäßig, den Ringkern aus drei Schichten aufzubauen, wobei die Komponente B zwischen zwei Schichten aus der Komponente A liegt (Sandwich-Bauweise). Die Komponente A ist hierbei diejenige mit dem größeren Isolierstoffanteil und - zweckmäßig - mit dem feineren Metallpulver. Es ist Jedoch gleichfalls möglich, die 1Schichtung" in Umfangsrichtung des Kerns vorzunehmen.
Schließlich ist es aber auch möglich, die einzelnen Komponenten quasihomogen miteinander zu vermischen und gemeinsam zu einem Ringkern zu verpressen. Eine solche Maßnahme setzt voraus, daß das ferromagnetische Metallpulver der einen Komponente (Komponente B) eine sehr viel größere Korngröße aufweist, d.h. beispielsweise eine solche, die oberhalb 0,8 mm liegt. Man spricht hier zweckmäßigerweise von Metallgranulat. Ein solches Granulat wird natUrlich ohne jeden Isolierstoffanteil eingesetzt, da der das Granulat allseitig umgebende Isolierstoffanteil der anderen Komponente (Komponente A) fUr die notwendige Isolierung und mechanische Verbindung sorgt. Durch das relativ grobe Granulat wird gleichfalls die erfindungsgemäße Differenzierung hinsichtlich des Isolierstoffanteils erreicht.
Ein weiterer Vorteil stellt sich dann ein, wenn als Isolierstoff ein temperaturbeständiger anorganischer Isolierstoff aus der Gruppe Wasserglas, Quarzmehl, Kaolin verwendet wird.
In diesem Fall ist es möglich, einer oder allen Komponenten zur Schonung der Preßform ein Gleitmittel aus der Gruppe der Paraffine zuzusetzen, welches nach dem Preßvorgang bei höherer Temperatur ausgetrieben wird.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau bzw. die Zusammensetzung des Ringkerns sowie durch die Verfahren zu seiner Herstellung wird in Verbindung mit dem nachträglichen Aufbringen einer aus Kupferdraht bestehenden Drahtwicklung, durch die der Betriebsstrom zum Verbraucher fließt, eine Funkentstördrossel erreicht, die unter Verzicht auf jeden Schneid- oder Stanzvorgang ausschließlich aus pulverförmigen Komponenten hergestellt wird, dabei reproduzierbar qute Dämpfungseigenschaften Uber den gesamten in Frage kommenden Frequenzbereich aufweist und zugleich etwa 10 % der Maximal last als Minimal last zu regeln erlaubt. Brummgeräüsche sind bei den erfindungsgemäßen Ringkernen weitaus geringer. Die Herstellung des Ringkerns findet unter Verwendung entsprechender Dosiervorrichtungen ausschließlich an einer Presse statt; es ist also außer einer Mischung der einzelnen Komponenten keinerlei Vorfertigung oder Lagerhaltung von auf andere Weise hergestellten Ringernkomponenten erforderlich.
AusfUhrungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes seien nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 näher beschrieben.
Es zeigen: Figur 1 einen Radialschnitt durch eine vollständige Funkentstördrossel mit der bevorzugten Dreifachschichtung A - B - A der einzelnen Komponenten des Ringkern, Figur 2 einen Radialschnitt durch einen Ringkern mit einer Zweifachschichtung der Komponenten A und B, und Figur 3 eine Draufsicht auf einen Ringkern mit einer "Schichtung" in Umfangsrichtung des Ringkerns.
In Figur 1 ist mit 10 ein Ringkern bezeichnet, der aus zwei Komponenten A und B besteht, die dreifach übereinandergeschichtet sind, wobei die Komponente B zwischen zwei Schichten aus der Komponente A eingebettet ist. Die Komponente A besteht aus Reineisenpulver mit einer Korngrößenverteilung um ein Maximum von etwa 50 /u mit einem Isolierstoffanteil von etwa 2 Gewichtsprozent, während die Komponente B aus Reineisenpulver mit einer Korngrößenverteilung um ein Maximum von etwa 250/u und einem Isolierstoffanteil von etwa 0,02 Gewichtsprozent besteht. Die einzelnen Komponenten wurden gemeinsam verpreßt und stellen ein untrennbares Ganzes dar.
Der Ringkern hat im vorliegenden Falle folgende Abmessungen: Außendurchmesser = 35 mm; Innendurchmesser = 20 mm; Höhe 9 mm. Das Gewicht beträgt ca. 40 g.
Der Ringkern 10 ist auf seiner Oberfläche allseitig mit einem durch Wirbelsintern hergestellten Isolierstoff-Xberzug 11 versehen, auf den eine äußere Drahtwicklung 12 aus 145 Windungen eines Kupferdrahtes mit einem Durchmesser von 0,71 mm aufgebracht ist.
Es handelt sich bei dem Gegenstand nach Figur 1 um eine typische Funkentstördrossel, wie sie fUr Thyristor-Triac-Schaltungen verwendet wird, die in Verbindung mit Helligkeitsreglern (Dimmern) Anwendung finden. Die genannte Drossel kann für einen Dimmer verwendet werden, der sowohl eine Maximalleistung von 600 Watt als auch eine Minimalleistung von 60 Watt stabil, d.h. flackerfrei regelt, wobei der Drossel ein Kondensator der Kapazität C = 0,15/u Fzugeordnet ist. Das angegebene Lastverhältnis von 10 : 1 ist fUr praktische Zwecke mehr als ausreichend, d.h.
die untere Grenzleistung von 60 glatt hat sich als brauchbar erwiesen.
Figur 2 zeigt einen Ringkern 10a, der gleichfalls aus zwei Komponenten A und B besteht* die jedoch nur eine Zweifachschichtung bilden. Ein solcher Ringkern, an die Stelle des Ringkerns 10 in Figur 1 gesetzt, führt in Verbindung mit einem Entstörkondensator gleicher Größe zu Eigenschaften, die nur unwesentlich ungünstiger sind als diejenigen des Gegenstandes nach Figur 1, wobei insbesondere die Entstöreigenschaften im wesentlichen die gleichen Werte innerhalb des gesamten Frequenzbereichs erreichen.
Figur 3 zeigt eine Alternative eines Ringkerns 10c, bei der die einzelnen Komponenten in Umfangsrichtunn "geschichtet" sind. Im vorliagenden Falle ist außer den Komponenten A und B noch eine Komponente C vorhanden, die gleichfalls aus ferromagnetischem Metallpulver mit wiederum einem unterschiedlichen Gehalt an Isolierstoff besteht. Der Isolierstoffgehalt der Komponente C liegt zweckmäßig zwischen dem Isolierstoffgehalt der Komponenten A und B. Sofern zweckmäßig für die Komponente C auch eine differenzierte Korngröße des ferromagnetischen Metallpulvers verwendet wird, liegt diese gleichfalls in der Mitte zwischen den Korngrößen der Komponenten A und B.
Die Gewichtsverhältntsse der etnzelnen Komponenten können durch einfache Versuche leicht abgestimmt werden, Bei zwei Komponenten A und 8 sollen die Massenverhältntsse A : B zwischen 0,3 : 0,7 und 0,7 : 0,3 vorzugsweise bei etwa 0,5 : 0,5 liegen.
Leerseite

Claims

A n 5 p r U c h e: Funkentstördrossel für Ralbleiterschaltungen, insbesondere for solche mit Phasenanschnittssteuerungen, bestehend aus einem Ringkern und einer isoliert auf diese. angeordneten Drahtwicklung, wobei der Ringkern mindestens zwei Komponenten (A, B, ...) enthält, von denen die eine Komponente (A) ein durch Druck verfestigter Körper aus ferromagnetischem Metallpulver und einem Isolierstoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Komponente (B) aus gleichfalls ferromagnetischem Metailpulver besteht, welches einen unterschiedlichen Gehalt an Isolierstoff aufweist.
2. Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (A) einen Isolierstoffanteil von 0,05 bis 4,0 Gewichtsprozent und die Komponente (B) einen Isolierstoffanteil kleiner als 0,04 Gewichtsprozent aufweist.
3. Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten A und B Reinefsenpulver mit einer Korngröße zwischen 10nd und 500leu enthalten.
4. Funkentstördrossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A Reineisenpulver mit einer Korngröße zwischen 10 und loop und die Komponente B Reineisenpulver mit einer Korngröße zwischen 100 und 500zu enthält,
5. Funkentstördrossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Komponenten (A, B, ...) in axialer Richtung des Kerns (10, 10a) in Pulverform aufeinandergeschichtet und gemeinsam verpreßt sind.
6. Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Komponenten A - B - A ist.
7. Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A Reineisenpulver mit einer Korngröße zwischen 101u und 250 und die Komponente B Reineisengranulat mit einer Korngröße von mindestens 800/u ist, und daß die Komponenten als Gemisch verpreßt sind.
8. Funkentstördrossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Komponenten (A, B, ...) in Umfangsrichtung des Kerns (10c) in Pfllverform aneinandergereiht und gemeinsam verpreßt sind.
9. Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff ein temperaturbeständiger, anorganischer Isolierstoff aus der Gruppe Wasserglas, Quarzmehl, Kaolin ist.
10. Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A Metallpulver aus einer Legierung mit bis zu 82 Gewichtsprozent Nickel und bis zu 5 Gewichtsprozent Molybdän enthält.
11. Funkentstördrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B Metallpulver aus einer Legierung mit bis zu 10 Gewichtsprozent Silizium enthält.
12. Verfahren zur Herstellung einer Funkentstördrossel nach den AnsprUchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zunächst noch pulverförmigen Komponenten (A, B, ...) in der vorgegebenen Reihenfolge in eine Preßform eindosiert und aufeinander geschichtet werden, worauf sie gemeinsam zu einem Ringkern verpreßt werden.
13. Verfahren zur Herstellung einer Funkentstördrossel nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zunächst noch pulverförmigen Komponenten (A, B, ...) in Umfangsrichtung einer Ausnehmung eines Preßwerkzeugs verteilt in dieses eindosiert werden, worauf sie gemeinsam zu einem Ringkern verpreßt werden.