DE911857C - Toroidspule mit aussenliegender Wicklung und geteiltem Kern aus ferromagnetischem Material - Google Patents

Description

• Toroidspule mit außenliegender Wicklung und geteiltem Kern aus ferromagnetischem Material Es ist bekannt, bei Toroidspulen einen. Kern aus magnetischem Preßmaterial zu verwenden und zusätzlich zu der außen auf den Ringkern aufgelyrachten Wicklung eine Ausgleichswicklung im Inneren des Kernquerschnittes anzuordnen. Die innere Wicklung ist dabei in das Kernmaterial eingebettet, und es besteht der Kern aus zwei für das Einbringen der Wicklung geeigneten Ringhälften.
• Die Erfindung berücksichtigt solche bekannte Toroidspulen mit außenliegender Wicklung und für das Einbringen einer Innenwicklung geteiltem Kern aus ferromagnetischem Material. Erfindungsgemäß wird der Kern einer Toroidspule von zwei Ringen mit Schalenprofil gebildet, die sich zur Kernhohlform ergänzen.
• Es ist die Erkenntnis der Erfindung, daß bei Toroidspulen mit nur außenliegenderWicklung nicht der volle Querschnitt des Ringkernes der Spule für die Erzielung der elektrische.. und magnetischen Werte bzw. Eigenschaften der Spule ausgenutzt wird, sondern der diese Eigenschaften und Werte bestimmende magnetische Fluß sich bevorzugt in den nach außen .liegenden Schichten des Kernprofils auswirkt und demzufolge die Verwendung eines Kernes mit vollem Querschnitt einen aus technischen Gründen nicht erforderlichen Materialaufwand bedingt, der mit Erhöhung der Gestehungskosten gleichzusetzen ist.
• Es ist nach angestellten Vergleichsmessungen möglich, mit einer Toroidspule, die die Merkmale der Erfindung aufweist, nicht nurr eine gleiche Permeabilität und Güte wie bei einer solchen Spule gleicher Abmessung und Windungszahl mit vollem Kernquerschnitt zu erzielen, sondern es wurde bei Spulen mit hohlem Ringkern sogar eine höhere Permeabilität und größere Güte trotz der mit einem solchen Kernquerschnitt erzielbaren Materialeinsparung festgestellt.
• Damit eignet sich die Verwirklichung der Erfindung besonders vorteilhaft für Toroidspulen, bei denen die den Kern ausmachenden Ringe mit Schalenprofil aus geglühtem ferromagnetischem Material, insbesondere Ferriten, bestehen. Bei der Herstellung solcher ferromagnetischen Kerne ist eine Umwandlung der Ausgangspulver, z. B. Oxyde, in die Mischkristalle der F.errite durch Glühbehandlung erforderlich. Ein hochwertiger Sinterferritkern ist dann gegeben, wenn die Diffusion bei der ferrithildenden Umwandlung beim Sinterprozeß von innen und außen vollkommen gleichmäßig vor sich geht. Nur dadurch ist es möglich, eine schnelle und weitgehendste Umwandlung ohne Bildung einer nachteiligen zweiten Phase zu erreichen. und ein Material zu erhalten, das eine hohe Permeabilität und große Güte als Folge der kurzen gleichmäßigen Sinterung aufweist. Bei Keinen mit großem Querschnitt, wie er häufig für Toroidspulen verlangt wird, ist die Gefahr vorhanden, daß die bei vollem Kernquerschnitt von außen nach innen verlaufende Materialumwandlung große innere Spannungen in einem solchen Kern ergibt und dadurch eine ungleiche Materialdichte am fertigen Kern vorhanden ist. Daraus ergeben sich nicht nur häufig mechanische Zerstörungen (Rißbildungen usw.) des Kernes, sondern die inneren Materialspannungen wirken sich auch ungünstig ;auf die elektrischen bzw. magnetischen Eigenschaften eines solchen Kernes ,aus.
• Mit der Erfindung ist es möglich, die sich aus der umwandelnden Glühbehandlung bei der Herstellung eines Ferritkernes, insbesondere eines Kernes von großem Querschnitt, ergebenden Nachteile auszuschließen:, weil durch das Schalenprofil der Kernringe die Einwirkung der Glühbehandlung für die Umwandlung der Oxydgemischpreßlinge in Sinterferritringkerne gleichmäßig von innen und außen auf die den Kernquerschnitt bildende Schalenprofilwandung erfolgt. Dabei ist es gleichgültig, Zvelches Außenprofil der Schalenringquerschnitt aufweist und ob das Profil der Innenaussparung von dem Außenprofil des Kernes abweicht oder mit diesem übereinstimmt. Es ist jedoch aus preßtechnischen Gründen und insbesondere auch zur Vermeidung von Schwundrißbildungen beim Sintern von Vorteil, ,dem Schalenquerschnitt unterschiedliche Wandstärke, insbesondere nach der offenen Schalenseite zu schwächer werdende Wandstärke zu geben.
• Auch wenn der Spulenkern rechteckigen Querschnitt besitzt, wird nian zur Vereinfachung der Herstellung der inneren. Aussparung runden oder ovalen Querschnitt geben.
• In Anpassung an die bei der Glühbehandlung auftretenden: Schrumpfspannungen kann es von Vorteil sein, bei einem Spulenkern nach der Erfindung mit rundem oder ovalem Querschnitt eine innenaussp.arung vorzusehen, die von dem Außenprofil des Kernes abweicht. So ist es beispiels«-;-ise möglich, bei !einem Kern von rundem Querschnitt der inneren Aussparung ovale Form zu geben. Eine solche Profilabweichung der Innenaussparung gegenüber dem Außenprofil des Kernes kann auch von, preßtechnischer Bedeutung sein, insbesondere bei der Verarbeitung von. Oxydpulvergemischen zu Ringkernpreßlingen, weil bekanntlich diese Pulver zufolge ihrer unregelmäßigen, Teilchenform schlechte Fließeigenschaften besitzen und man trotzdem bestrebt ist, für die Schaffung günstiger Umwandlungsvorausse,tzungen bei der Glühbehandlung der Preßlinge weitmöglichst ohne Zusatz von Fließ-bzw. Bindemitteln bei der Verarbeitung der Ausgangspulver ,der Ferrite auszukommen.
• Wählt man für den Kern einer Toroidspule runden oder ovalen Querschnitt, so ist es preß technisch gutmöglich, ,der Innenaussparung ein mit dem Außenprofil des Kernes übereinstimmendes Profil zu geben, um dadurch allseitig gleiche Wandstärke für die Schalenform .des Kernquerschnittes zu .erzielen. Diabei ist es gleichgültig, ob solche Toroidspulenkerne mit Schalenprofil aus Eisenpulvermasse, Ferritpulvermasse oder aus nach ,dem Pressen zu sinterndem ferromagnetisdiem Material, z. B. aus Sinterferriten, hergestellt werden.
• Für Toroidspulenkerne mit Schalenprofil aus Sinterferriten sind die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile, insbesondere die Vorteile der spannungsfreien Sinterung und gleichmäßigen Materialdichte, günstig erreichbar, wenn die Wandstärke des Schalenquerschnittes, des Kernes kleiner als 6 mm ist.
• Nach vorhandenen Erfahrungen ist die erzielbare vollkommene Umwandlung der die Mischkristalle der Ferrte bildenden Ausgangsstoffe, insbesondere Ausgangsoxyde, von. der gleichmäßigen kontaktgebenden Verdichtung der den zu sinternden Preßling bildenden Pulvermischung mit abhängig. Man wird deshalb bevorzugt für die Bildung der Toroidspulenkernne nach der Erfindung Ringpreßlinge verwenden; die als Schalenprofilringe quer zur Kernringachse, also flach gepreßt, und danach in üblicher Weise zu Ferrit.en ;geglüht sind. In fabrikatorisch günstiger Weise ist die Herstellung solcher flach gepreßten Formlinge aus Oxydpulvergemischen mit Moder ohne Binde- und/oder Gleitmittelzusatz dadurch möglich, daß die vorbereitete Pulvermasse, insbesondere das Gemisch der Aus= gangspulvermasse der Ferrite, mit Tablettiermaschinen in flach liegenden Ringformen unter .einem für die kontaktgebende Materialverdichtung ausreichenden. ,geringen Druck zu Massekernformlingen gepreßt wird. Es ist dabei möglich, den Vorteil der verhältnismäßig -geringen Wandstärke des Schalenquerschnittes für die Herabsetzung des Preßdruckes auszunutzen, um -dadurch zu einer vollkommen - gleichmäßigen Materialverdichtung über den ganzen. Querschnitt des ringschalenförmigen Pneßlings zu gelangen, was sich wiederum günstig für die Erzielung einer weitrnöglichst gleichmäßigen Materialumwandlung, also Ferritbildung, bei der Glühbehandlung eines so hergestellten. Kernformlings auswirkt. Nach einem Ausführungsbeispiel wurde eine Toroidspule mit einem aus zwei Schalenprofilringen bestehenden Hohlkern von einem Außendurchmesser von 36mm, eignem Innendurchmesser von 24 mm und einer Ringhöhe von 14,6 mm mit n = 1 oo Windungen. gleichmäßig über den Kernumfang verteilt aus Sinterferriten in vergleichender Gegenüberstellung zu einer Toroidspule mit einem vollen Kern gleicher Außenabmessungen und Windungs'zahl aus gleichem Ferritmaterial gemessen. Die Dicke der Kernwandung hat bei dem Hohlringkern im Mittel 2 mm betragen. Für die Wicklung wurde in beiden. Fällen 0,2 fö Cu-Lackseidendraht verwendet, und es war zwischen Wicklung und Kern eine Lage Ölseidendiagonalhand angeordnet.
• Bei der Toroidspule mit Hohlringkern wurden eine Induktivität L= 1,32 mH und eine Spulengüte von 72 bei einer Frequenz von f = 5oo kHz gemessen.
• Die gleiche Spule mit vollem Ringkern zeigte eine gleiche Induktivität von L= 1,32 mH und eine Spulengüte von nur 50 bei ebenfalls einer Frequenz von f= 5ookHz.
• Neben den, herstellungstechnischen Vorteilen und der für die Preisgestaltung eines Sinterferritkernes mit maßgebenden Materialeinsparung ist also bei einer erfindungsgemäßen Toroidspule die festgestellte ganz erhebliche Gütesteigerung durch die Formgebung des Kernringquerschmttes vorhanden.
• In der Zeichnung ist die für die Vergleichsmessung verwendete Toroidspule als Beispiel der Erfindung dargestellt.
• Die beiden Schalenprofilringe 1 und 2 bilden einen Hohlringkern aus Sinterferriten. 3 ist die Wicklung .einer Toroidspule, und es ist diese Wicklung 3 unter Zwischenanordnung der Isolierschicht q. auf den Kern der Spule aufgebracht. In preßtechnisch günstiger Formgebung hat der Kernquerschnitt unterschiedliche Wandstärke, was auch für den Ausgleich der Schrumpfspannungen beim Sintern, also bei der umwandelnden Glühbehandlung des Oxydpulvergemischschalen.ringpreßlings in ;dem Ferritschalenringkern, von großem Vorteil ist.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Toroidspule mit außenliegender Wicklung und geteiltem Kern aus ferromagnetischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern von zwei Ringen mit Schalenprofil gebildet ist, die sich zur Kernhohlform ergänzen.
2. 2. Taroidspule nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe mit Schalenprofil aus geglühtem ferromagnetischem Material, z. B. Ferriten, insbesondere in der Gebrauchsform des Kernes gesinterten Ferriten, bestehen.
3. 3. Toroidspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalenquerschnitt unterschiedliche Wandstärke, insbesondere nach der offenen Schalenseite zu schwächer werdende Wandstärke, besitzt. q..
4. Toroidspule nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern rechteckigen Querschnitt mit runder oder ovaler Innenaussparung besitzt.
5. 5. Toroidspule nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ,gekennzeichnet, daß der Spulenkern runden oder ovalen Querschnitt mit von dem Außenprofil abweichender Innenaussparung besitzt.
6. 6. Toroidspule nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenprofil des Schalenquerschnittes mit dem Profil der Sc'hlalenaussparung übereinstimmt.
7. 7. Toroidspule nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzekhnet, daß die Wandstärke des Schalenquerschnittes kleiner als 6 mm ist. B.
8. Toroidspule nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenprofilringe von quer zur Kernringachse, ,also von flach gepreßten und nach dem Pressen zu Ferriten geglühten Ringpreßling en aus Oxydpulvermischungen mit oder ohne Binde- und/oder Gleitmittelzusatz gebildet sind.
9. 9. Verfahren zur Herstellung von Preßlingen für die Kerne von, Toroidspulen nach einem ,oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbereitete Pulvermasse, vorzugsweise das Gemisch der Ausgangspulver der Ferrite, mit Ta.blettiermaschinen in flach liegenden Ringformen unter einem für die kontaktgebende Materialverdichtung ausreichenden geringen Druck zu schalenförmigen Ringformlingen gepreßt und bei der Herstellung von; Sinterferritkernen danach für die Umwandlung des Materials des Preßlings in Ferrite gesintert wird.