EP1023736B1 - Drossel zur funkentstörung - Google Patents

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EP1023736B1
EP1023736B1 EP98958180A EP98958180A EP1023736B1 EP 1023736 B1 EP1023736 B1 EP 1023736B1 EP 98958180 A EP98958180 A EP 98958180A EP 98958180 A EP98958180 A EP 98958180A EP 1023736 B1 EP1023736 B1 EP 1023736B1
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EP
European Patent Office
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connecting wire
choke
alloy
strip
magnetic core
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP98958180A
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English (en)
French (fr)
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EP1023736A1 (de
Inventor
Markus Brunner
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Original Assignee
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Vacuumschmelze GmbH and Co KG filed Critical Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Publication of EP1023736A1 publication Critical patent/EP1023736A1/de
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Publication of EP1023736B1 publication Critical patent/EP1023736B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00

Definitions

  • the invention relates to a choke for radio interference suppression and a process for its manufacture.
  • conductor chokes are chokes for radio interference suppression, which are ring-shaped, on a wire or a pin of a circuit component attachable magnetic tape cores are formed.
  • Chokes for radio interference suppression are from the data book Toshiba Corporation, Material & Components, Technical Data, "Amorphous Noise Suppressor, AMOBEAD TM, Serial No. E-63001, January 30, 1988.
  • Single-line chokes assign to other components Interference suppression, such as an RC low pass, the advantage of large inductances even with large choke currents as well as a broadband interference suppression in the range of 10 kHz to 30 MHz. Furthermore, they have a special high insertion loss even in the lower frequency range. After all, they have low overall losses and small component sizes on.
  • Interference suppression such as an RC low pass
  • single-line chokes in the form of small wound magnetic tape cores made of amorphous alloys, specified in particular on a cobalt basis.
  • the wobbled Magnetic tape cores become conductors that conduct electricity of the component causing the fault is postponed or attached. There they act as saturable chokes, with their Help high-frequency interference during a switching operation can be effectively combated. Following the Switching takes place through the saturation of the magnetic material of the magnetic tape core, however, no influence on the one to be protected Circuit more.
  • amorphous alloys usually do this entangling band on a winding shaft made of tool steel in usually fixed by spot welding. After welding the magnetic tape core with the desired geometric Data wrapped. Finally the tape ends again by spot welding on the outer circumference of the magnetic tape core attached. After completing the welding process, the Magnetic tape core sheared off the winding shaft. The resulting one annular magnetic tape core can then be known Be processed further. In particular, the Magnetic tape core subjected to a heat treatment and then covered with a passivation layer.
  • EP A 0655754 describes an inductive component where a magnetic film is tight around a lead wire to one Magnetic tape core is wound. This document discloses a choke for radio interference suppression according to the preamble of claims 1 and 2.
  • the object of the present invention is therefore a throttle to specify radio interference suppression, with as much as possible low assembly effort can be produced and for removal the heat loss from the magnetic tape core is very good has thermal contact of the magnetic tape core to the circuit.
  • the choke for radio interference suppression Manufacture of magnetic tape cores using a lead wire which serves as a winding shaft for the magnetic tape core.
  • the material The connecting wire is made of an alloy that is both spot weldable for welding the magnetic tape to be entangled, as well as solderable for later assembly of the Component.
  • the used as the winding shaft of the magnetic tape core The lead wire remains after the core winding in the magnetic tape core and then serves as the electrical conductor of the Component.
  • the magnetic tape cores are removed if necessary a heat treatment to adjust the magnetic properties subjected. Then a wrapping is offered of the magnetic tape core, for example through a common varnish or a shrink tube. Then as a varnish Epoxy powder paint can be used. However, it would also be conceivable the magnetic tape core with a thermoplastic or thermosetting To encase molding compound.
  • the component then present is a conventional one on the outside Resistance comparable and can be taken for granted as such by appropriate placement machines such as they are common in printed circuit board manufacturing become. It is particularly advantageous if the chokes according to the invention for radio interference suppression as SMD components are executed.
  • 1 denotes a connecting wire.
  • the connecting wire 1 can be a circular, rectangular, or have a similar cross-section. It would also be conceivable that the connecting wire 1 is band-shaped.
  • Around the connecting wire 1 around a magnetic tape core 2 is arranged.
  • the Magnetic tape core 2 typically consists of a thin one Tape or a thin film, the coil-like around the connecting wire 1 is wrapped around.
  • a protective coating to protect the magnetic tape core 2 3 is provided in the area of the magnetic tape core 2 his.
  • the connecting wire 1, the magnetic tape core 2 and the protective coating 3 then form a single-line choke 4.
  • the ends of the connecting wire 1 can serve as a connector. Typically, however, the ends of the lead wire 1 soldered into the circuit of an integrated circuit.
  • FIG. 2 shows a further single-line choke 4, which here as so-called SMD component (surface mounted device component) is executed.
  • SMD component surface mounted device component
  • the inductor 4 in Figure 2 differs from that in Figure 1 essentially by the housing design.
  • This one SMD component shown is for surface mounting on a Circuit board suitable.
  • the connecting wire 1 is not in here from the magnetic tape core 2 covered area L-shaped. It would also be conceivable, as shown in the example in FIG. 2, that the areas not covered by the magnetic tape core 2 of the connecting wire 1 angled several times L-shaped are.
  • a circuit board is designated by 5 in FIG.
  • the single-line throttle 4 is developed on the L-shaped Ends of the connecting wire 1 with a solder connection 6 the circuit board 5 connected.
  • a wire is cut to a predetermined length, which then forms the connecting wire 1.
  • the magnetic tape core 2 first becomes an amorphous thin ribbon or a thin magnetic sheet at one end on the lead wire 1 welded. Then this thin tape becomes spool-like wound around the lead wire 1 to a magnetic tape core 2. The second end of the tape is then also by spot welding on the outer circumference of the wound Coil attached. This is typically how you get an annular magnetic tape core (2). Particularly advantageous it is when the annular magnetic tape core (2) is closed Ring is formed.
  • a heat treatment step then typically closes on.
  • the heat treatment is typically carried out in the Run.
  • the throughput speed is chosen so that the thin band for a heat treatment time 0.5sec ⁇ t ⁇ 120sec to a temperature of 450 ° C ⁇ T ⁇ 550 ° C.
  • This heat treatment step serves, among other things, the mechanical one Relaxation treatment of the magnetic tape core 2. Die Permeability and thus the correlated insertion loss can be optimized in the desired way become.
  • the magnetic tape core 2 in one Magnetic field treated to set the desired hysteresis.
  • the protective coating 3 serves in particular the mechanical Protection of the magnetic tape core 2.
  • the material of the connecting wire 1 is both weldable and solderable. Furthermore, it is essential that the material used for the connecting wire 1 a sufficiently high electrical conductivity as well as a has high thermal conductivity. It's also imperative required that the material of the connecting wire 1 itself is non-ferromagnetic. Otherwise it could be in use the single-conductor chokes 4 through eddy current effects to one extreme heating of the connecting wire 1 come.
  • connection wire 1 will be ideally met by copper-based alloys.
  • resistance increasing Elements such as nickel, beryllium, Chromium, zircon, manganese or similar elements have been added.
  • the most common are commercially available resistance alloys such as copper-nickel alloys or copper-manganese alloys.
  • a sufficiently good spot weldability of the lead wire 1 with the ferromagnetic materials of the magnetic tape core 2 is achieved with an alloy for the lead wire, which is composed of the formula CU 100- (a + b) Ni a Mn b .
  • a and b are given in% by weight and meet the following conditions: 6 ⁇ a ⁇ 80 and 0 ⁇ b ⁇ 12.
  • the best results are achieved with a relatively low alloyed nickel content of approx. 6% by weight or manganese content of approx. 3% by weight.
  • the upper limit of the nickel content of these alloys is on the one hand due to the decrease in the electrical conductivity with increasing nickel content and on the other hand due to the achievement of ferromagnetic compositions.
  • the preferred composition is in the range of approx. 6 to 50% by weight of nickel with additions of 0 to 6% by weight of manganese.
  • the commercial alloy CuMn 3 from the copper manganese system can be used.
  • Another alloy for the connecting wire 1 with good spot weldability is achieved with an alloy which is composed of the formula Cu 100- (a + b) Nn a Ge b .
  • a and b are also given in% by weight and meet the following conditions: 3 ⁇ a ⁇ 6 and 0 ⁇ b ⁇ 6.
  • the material of the magnetic tape core 2 is essential for the function of the choke for radio interference suppression necessary that the material of the magnetic tape core 2 from an amorphous or nanocrystalline, highly permeable, ferromagnetic Alloy. It is particularly advantageous if this alloy is made of soft magnetic material.
  • an amorphous cobalt-based alloy or a nanocrystalline iron-based alloy is used as the material here.
  • These alloys typically have a saturation magnetostriction
  • the simplest form of the protective coating 3 the single-conductor chokes 4 provide the sheathing. It is in Area of the magnetic tape core 2 the component by means of a powder coating coated. In this way you get conventional on the outside Resistances of comparable designs during assembly applied in a donated form on the circuit board 5 and to be soldered.
  • alternating field permeabilities With magnetic tape cores 2 without heat treatment, alternating field permeabilities become reached at 1 kHz of approx. 3000. At higher Measuring frequencies in the range of 1 MHz reduce the alternating field permeability to values around 1700. However, they will Magnetic tape cores 2 subjected to a heat treatment so improve the magnetic properties become clear. The alternating field permeabilities increase to values of approx. 250,000 (1st kHz) or 7000 (1 MHz).
  • FIG. 3 shows a temperature-time diagram that shows the heating of the components of a single-line choke (b) according to the invention in comparison to a single-line choke according to the prior art (a).
  • a a single-line choke according to the prior art

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Description

Die Erfindung betrifft eine Drossel zur Funkentstörung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
In getakteten Netzteilen, insbesondere in Schaltnetzteilen, kommt es durch sehr steile Spannungs- bzw. Stromflanken während der Schaltoperationen des Netzteils zu elektromagnetischen Störungen. Diese sogenannten "breitbandigen Funkstörungen" sind jedoch unerwünscht. Ihre Frequenzen liegen im Bereich einiger hundert Kilohertz bis hinein in den Megaherzbereich. Entsprechend den Normen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) sind diese Funkstörungen am Entstehungsort, das heißt innerhalb des Gerätes, zu beseitigen.
Die wohl effektivste Methode zur Funkentstörung liegt in der Verwendung von sogenannten Einleiterdrosseln. Einleiterdrosseln sind Drosseln zur Funkentstörung, die als ringförmige, auf einen Draht oder einen Anschlußstift eines Schaltungsbauteils aufsteckbare Magnetbandkerne ausgebildet sind. Derartige Drosseln zur Funkentstörung sind aus dem Datenbuch der Toshiba Corporation, Material & Components, Technical Data, "Amorphous Noise Suppressor, AMOBEAD™, Serial No. E-63001, 30. Januar 1988, bekannt.
Einleiterdrosseln weisen gegenüber anderen Bauelementen zur Funkentstörung, wie beispielsweise einen RC-Tiefpaß, den Vorteil von großen Induktivitäten auch bei großen Drosselströmen sowie einer breitbandigen Entstörwirkung im Bereich von 10 kHz bis 30 MHz auf. Des weiteren weisen sie eine besonders hohe Einfügungsdämpfung auch im unteren Frequenzbereich auf. Schließlich weisen sie geringe Gesamtverluste und kleine Bauteilgrößen auf.
In oben genanntem Dokument sind sogenannte Einleiterdrosseln in Form kleiner gewickelter Magnetbandkerne aus amorphen Legierungen, insbesondere auf Kobaltbasis angegeben. Die gewikkelten Magnetbandkerne werden auf den Strom führenden Leiter des die Störung verursachenden Bauteils aufgeschoben bzw. aufgesteckt. Sie wirken dort als sättigbare Drosseln, mit deren Hilfe hochfrequente Störungen während eines Schaltvorganges effektiv bekämpft werden können. Im Anschluß an den Schaltvorgang erfolgt durch die Sättigung des Magnetmaterials des Magnetbandkerns jedoch keine Beeinflussung des zu schützenden Schaltkreises mehr.
Bei der Herstellung eines derartigen Magnetbandkerns aus einer amorphen Legierungen wird jedoch üblicherweise das zu verwickelnde Band an einer Wickelwelle aus Werkzeugstahl in der Regel durch eine Punktschweißung befestigt. Nach dem Anschweißen wird der Magnetbandkern mit den gewünschten geometrischen Daten gewickelt. Schließlich wird das Bandende wieder durch eine Punktschweißung am Außenumfang des Magnetbandkerns befestigt. Nach Abschluß des Schweißvorganges wird der Magnetbandkern von der Wickelwelle abgeschert. Der so entstandene ringförmige Magnetbandkern kann dann auf bekannte Weise weiterverarbeitet werden. Insbesondere wird dabei der Magnetbandkern einer Wärmebehandlung unterzogen und anschließend mit einer Passivierungsschicht bedeckt.
Derartige Einleiterdrosseln sind jedoch bei der Herstellung, da die ringförmigen Bauteile manuell über die Anschlußstifte, beispielsweise eines Transistors oder einer Diode, angebracht werden müssen. Dabei spielt insbesondere die Justierung der ringförmigen Einleiterdrossel um die Anschlußstifte eine große Rolle und erfordert zusätzlichen Montageaufwand.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil ergibt sich aus dem sehr schlechten thermischen Kontakt des Magnetbandkernes zu den Anschlußstiften der Schaltung und dadurch verursachter mangelhaften Abführung der Verlustwärme aus dem Magnetbandkern. So führt beispielsweise die bei einer Magnetisierung bis in die Sättigung bei Frequenzen im Bereich einiger hundert Kilohertz entstehende Verlustwärme in der Regel zu einer Bauteilerwärmung von über 100° C. Durch diese hohen Temperaturen und das durch den Betriebsstrom erzeugte Magnetfeld in Wikkelrichtung kommt es zu einer Temperung, welche ungünstigerweise eine rechteckförmige Hysteresschleife verursacht, die wiederum das Magnetfeld in Wicklungsrichtung verstärkt. Diese hohen Temperaturen werden von den eingesetzten Legierungen jedoch auf Dauer nicht verkraftet, was zu einer Alterung des Materials des Magnetbandkerns mit entsprechender Änderungen der magnetischen Eigenschaften der Legierungen führt. Diese bedingen in der Regel eine weitere Erhöhung der Ummagnetisierungsverluste, was letztendlich zum thermischen Versagen der Drossel führen kann.
In EP A 0655754 wird ein induktives Bauelement beschrieben, bei dem eine Magnetfolie eng um einen Anschlußdraht zu einem Magnetbandkern gewickelt ist. Dieses Dokument offenbart eine Drossel zur Funkentstörung gemäss dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Drossel zur Funkentstörung anzugeben, die mit einem möglichst sehr geringen Montageaufwand herstellbar ist und die zur Abführung der Verlustwärme aus dem Magnetbandkernes einen sehr guten thermischen Kontakt des Magnetbandkernes zur Schaltung aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die in den Kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 aufgeführte Merkmale.
Durch die erfindungsgemäße Drossel zur Funkentstörung werden sowohl die genannten Montageschwierigkeiten vermieden, als auch das Problem der thermischen Ankopplung der Drossel an die übrige Schaltung gelöst. Alle anderen genannten Vorteile, insbesondere die sehr guten Dämpfungseigenschalten, bleiben uneingeschränkt erhalten.
Bei der erfindungsgemäßen Drossel zur Funkentstörung wird zur Herstellung von Magnetbandkernen ein Anschlußdraht verwendet, der als Wicklungswelle für den Magnetbandkern dient. Das Material des Anschlußdrahts ist aus einer Legierung, die sowohl punktschweißfähig zum Anschweißen des zu verwickelnden Magnetbandes, als auch weichlötbar zur späteren Montage des Bauteils ist. Der als Wickelwelle des Magnetbandkerns verwendete Anschlußdraht verbleibt im Anschluß an das Kernwickeln im Magnetbandkern und dient dann als elektrischer Leiter des Bauelements.
Nach dem Wickeln werden die Magnetbandkerne gegebenenfalls einer Wärmebehandlung zur Einstellung der magnetischen Eigenschaften unterzogen. Anschließend bietet sich eine Umhüllung des Magnetbandkerns, beispielsweise durch einen gängigen Lack oder einen Schrumpfschlauch, an. Als Lack kann dann ein Epoxypulverlack verwendet werden. Es wäre jedoch auch denkbar, den Magnetbandkern mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Preßmasse zu umhüllen.
Das dann vorliegende Bauteil ist äußerlich einem konventionellen Widerstand vergleichbar und kann selbstverständlich wie ein solcher durch entsprechende Bestückungsautomaten wie sie in der Leiterplattenfertigung üblich sind, weiterbearbeitet werden. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Drosseln zur Funkentstörung als SMD-Bauelemente ausgeführt sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:
Figur 1
eine erfindungsgemäße Einleiterdrossel, die als gestiftetes Bauelement ausgeführt ist;
Figur 2
eine erfindungsgemäße Einleiterdrossel, die als SMD-Bauelement ausgeführt ist;
Figur 3
ein Temperaturzeitdiagramm, das die Bauteilerwärmung einer erfindungsgemäßen Einleiterdrossel (b) im Vergleich zu einer Einleiterdrossel nach dem Stand der Technik (a) zeigt.
In Figur 1 ist mit 1 ein Anschlußdraht bezeichnet. Der Anschlußdraht 1 kann einen kreisförmigen, rechteckigen, oder ähnlichen Querschnitt aufweisen. Es wäre auch denkbar, daß der Anschlußdraht 1 bandförmig ausgebildet ist. Um den Anschlußdraht 1 herum ist ein Magnetbandkern 2 angeordnet. Der Magnetbandkern 2 besteht typischer Weise aus einem dünnen Band oder einer dünnen Folie, die spulenartig um den Anschlußdraht 1 herumgewickelt ist. Zusätzlich kann vorteilhafterweise zum Schutz des Magnetbandkerns 2 eine Schutzbeschichtung 3 im Bereich des Magnetbandkerns 2 vorgesehen sein.
Der Anschlußdraht 1, der Magnetbandkern 2 und die Schutzbeschichtung 3 bilden dann eine Einleiterdrossel 4. Die Enden des Anschlußdrahts 1 können dabei als Steckverbindung dienen. Typischerweise werden die Enden des Anschlußdrahts 1 jedoch in den Schaltkreis einer integrierten Schaltung eingelötet.
Figur 2 zeigt eine weitere Einleiterdrossel 4, die hier als sogenanntes SMD Bauelement (surface mounted device Bauelement) ausgeführt ist. Gleiche Elemente sind in Figur 2 entsprechend Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Einleiterdrossel 4 in Figur 2 unterscheidet sich von der in Figur 1 im wesentlich durch die Gehäusebauform. Das hier gezeigte SMD-Bauelement ist zur Oberflächenmontage auf einer Platine geeignet. Der Anschlußdraht 1 ist hier in dem nicht von dem Magnetbandkern 2 bedeckten Bereich L-förmig abgewinkelt. Es wäre auch denkbar, wie im Beispiel in Figur 2 gezeigt, daß die nicht vom Magnetbandkern 2 bedeckten Bereiche des Anschlußdrahtes 1 mehrfach L-förmig abgewinkelt ausgebildet sind.
Zusätzlich ist in Figur 1 mit 5 eine Leiterplatte bezeichnet. Die Einleiterdrossel 4 ist dabei an den L-förmig abgewickelten Enden des Anschlußdrahts 1 über eine Lotverbindung 6 mit der Leiterplatte 5 verbunden.
Zur Herstellung der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Einleiterdrosseln 4 sind die nachfolgenden Herstellungsschritte erforderlich.
Zunächst wird ein Draht auf eine vorgegebene Länge abgelängt, der dann den Anschlußdraht 1 bildet. Zur Herstellung des Magnetbandkerns 2 wird zunächst ein amorphes dünnes Band oder eine dünne Magnetfolie an ihrem einen Ende auf den Anschlußdraht 1 geschweißt. Anschließend wird dieses dünne Band spulenartig um den Anschlußdraht 1 zu einem Magnetbandkern 2 gewickelt. Das zweite Ende des Bandes wird anschließend ebenfalls durch Punktschweißen am Außenumfang der aufgewickelten Spule befestigt. Auf diese Weise erhält man typischerweise einen ringförmigen Magnetbandkern (2). Besonders vorteilhaft ist es, wenn der ringförmige Magnetbandkern (2) als geschlossener Ring ausgebildet ist.
Typischerweise schließt sich dann ein Wärmebehandlungsschritt an. Die Wärmebehandlung erfolgt dabei typischerweise im Durchlauf. Die Durchlaufgeschwindigkeit wird so gewählt, daß das dünne Band für eine Wärmebehandlungszeit 0,5sec ≤ t ≤ 120sec auf eine Temperatur 450°C ≤ T ≤ 550°C erwärmt wird. Dieser Wärmebehandlungsschritt dient unter anderem der mechanischen Entspannungsbehandlung des Magnetbandkerns 2. Die Permeabilität und somit auch die damit korrelierte Einfügungsdämpfung kann so auf die gewünschte Art und Weise optimiert werden. Schließlich wird der Magnetbandkern 2 in einem Magnetfeld behandelt, um die gewünschte Hysterese einzustellen.
Nachdem der gewickelte Magnetbandkern 2 wie oben beschrieben weiterbehandelt wurde, ist es besonders vorteilhaft, im Bereich des Magnetbandkerns 2 eine Schutzbeschichtung 3 aufzubringen. Die Schutzbeschichtung 3 dient insbesondere dem mechanischen Schutz des Magnetbandkerns 2.
Als Schutzbeschichtung 3 kann ein Epoxypulverlack bzw. eine thermoplastische oder duroplastische Preßmasse dienen. Es wäre jedoch auch denkbar, die Einleiterdrossel 4 mit einem einfachen Schrumpfschlauch zu bedecken.
Erfindungswesentlich ist, daß das Material des Anschlußdrahts 1 sowohl schweißbar als auch lötbar ist. Des weiteren ist es wesentlich, daß das für den Anschlußdraht 1 verwendete Material einen hinreichend hohen elektrischen Leitwert sowie eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Außerdem ist es zwingend erforderlich, daß das Material des Anschlußdraht 1 selber nicht-ferromagnetisch ist. Es könnte sonst in der Anwendung der Einleiterdrosseln 4 durch Wirbelstromeffekte zu einer extremen Aufheizung des Anschlußdrahts 1 kommen.
Diese Anforderungen an das Material des Anschlußdrahts 1 werden in idealer Weise von Legierungen auf Kupferbasis erfüllt. Zur Erlangung der Punktschweißbarkeit sind hier widerstandserhöhende Elemente wie beispielsweise Nickel, Beryllium, Chrom, Zirkon, Mangan oder ähnliche Elemente zulegiert worden. Am gebräuchlichsten sind dabei handelsübliche Widerstandslegierungen wie Kupfer-Nickel-Legierungen bzw. Kupfer-Mangan-Legierungen.
Eine hinreichend gute Punktschweißbarkeit des Anschlußdrahts 1 mit den ferromagnetischen Materialien des Magnetbandkerns 2 wird mit einer Legierung für den Anschlußdraht erreicht, die sich aus der Formel CU100- (a+b) NiaMnb zusammensetzt. Dabei ist a und b in Gew.% angegeben sind und genügen den folgenden Bedingungen: 6≤a≤80 und 0≤b≤12.
Die besten Ergebnisse werden mit einem relativ niedrigen einlegierten Nickelgehalt von ca. 6 Gew.% bzw. Mangananteil von ca. 3 Gew.% erreicht. Nach oben ist der Nickelanteil dieser Legierungen zum einen durch den mit steigendem Nickelgehalt sich verringernden elektrischen Leitwert und zum anderen durch das Erreichen ferromagnetischer Zusammensetzungen begrenzt. Die bevorzugte Zusammensetzung liegt dabei im Bereich von ca. 6 - 50 Gew.% Nickel mit Zusätzen von 0 - 6 Gew.% Mangan. Aus dem Kupfermangansystem kann beispielsweise die kommerzielle Legierung CuMn3 verwendet werden.
Eine weitere Legierung für den Anschlußdraht 1 mit guter Punktschweißbarkeit wird mit einer Legierung erreicht, die sich aus der Formel Cu100-(a+b)NnaGeb zusammensetzt. Dabei ist a und b ebenfalls in Gew.% angegeben sind und genügen den folgenden Bedingungen: 3≤a≤6 und 0≤b≤6.
Für die Funktion der Drossel zur Funkentstörung ist es unbedingt notwendig, daß das Material des Magnetbandkerns 2 aus einer amorphen oder nanokristallinen, hochpermeablen, ferromagnetischen Legierung besteht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Legierung aus weichmagnetischem Material besteht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Werkstoff hier eine amorphe Kobaltbasislegierung oder eine nanokristalline Eisenbasislegierung verwendet wird. Typischerweise weisen diese Legierungen eine Sättigungsmagnetostriktion |λs| ≤ 5 ppm auf.
Die einfachste Form der Ausführung der Schutzbeschichtung 3 der Einleiterdrosseln 4 bietet die Umhüllung. Dabei wird im Bereich des Magnetbandkerns 2 das Bauteil mittels eines Pulverlackes beschichtet. Man erhält so äußerlich konventionellen Widerständen vergleichbare Bauformen, die bei der Montage in gestifteter Form auf der Leiterplatte 5 aufgebracht und verlötet werden.
Eine weitere für die spätere Montage sehr interessante Bauform kann durch Umspritzen des Bereichs des Magnetbandkerns 2 mit einer thermoplastischen oder duroplatischen Formmasse in Quaderform und anschließendem Ablängen und Prägen des Leiters realisiert werden. Auf diese Weise erhält man sogenannte SMD-Bauelemente, die bei der Bauteilmontage zu einer deutlichen Reduktion des technischen Aufwandes führen und kostengünstiger herstellbar sind.
In beiden Bauformen ist die thermische Anbindung an die Umgebende Schaltung vergleichbar gut, so daß hier bezüglich der Anwendungseigenschaften keine gravierenden Unterschiede zu erwarten sind.
Entsprechend den gezeigten Ausführungsbeispielen wurden unter der Verwendung einer amorphen Kobalt-Legierung Kupfernickelanschlußdrähte unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt. Bei Magnetbandkernen 2 ohne Wärmebehandlung werden Wechselfeldpermeabilitäten bei 1 kHz von ca. 3000 erreicht. Bei höheren Meßfrequenzen im Bereich von 1 MHz sinkt die Wechselfeldpermeabilität auf Werte um ca. 1700 ab. Werden jedoch die Magnetbandkerne 2 einer Wärmebehandlung unterzogen so verbessern sich die magnetischen Eigenschaften deutlich. Die Wechselfeldpermeabilitäten steigen auf Werte von ca. 250000 (1 kHz) bzw. 7000 (1 MHz).
Figur 3 zeigt ein Temperaturzeitdiagramm, daß die Bauteilerwärmung einer erfindungsgemäßen Einleiterdrossel (b) im Vergleich zu einer Einleiterdrossel nach dem Stand der Technik (a) zeigt. Um hier die Vergleichbarkeit sicherzustellen, wurden für die Untersuchung der Magnetbandkerne 2 gleiche Induktivitäten verwendet. Die Magnetisierung erfolgt dabei bei einem Strom von Ieff = 4,5 A bei einer Frequenz von 100 kHz. Unter diesen Bedingungen erreichte die Einleiterdrossel nach dem Stand der Technik eine Endtemperatur von 84°C, während die erfindungsgemäße Einleiterdrossel sich auf maximal 68°C erwärmt.
Somit wird neben der automatisierbaren Weiterbearbeitbarkeit durch die vorgeschlagene Bauform auch eine optimaler thermischer Kontakt des Magnetbandkerns 2 über den als stromführenden Leiter ausgeführten Anschlußdraht 1 zur Leiterplatte 5 erreicht. Dadurch kann eine im Magnetbandkern 2 auftretende Übertemperatur auf für die verwendeten Legierungen verträgliche Werte reduziert werden. Auf diese Weise kann das Problem der Alterung, die e-funktional von der Temperatur abhängt, drastisch minimiert werden.
Bezugszeichenliste
1
Anschlußdraht
2
Magnetbandkern
3
Schutzbeschichtung
4
Drossel zur Funkentstörung
5
Platine, Leiterplatte
6
Lotverbindung

Claims (14)

  1. Drossel zur Funkentstörung
    mit einem Anschlussdraht (1), bestehend aus einer elektrisch leitenden und wärmeleitenden, nicht-ferromagnetischen ersten Legierung und
    mit einem Magnetbandkern (2), bestehend aus einer ferromagnetischen zweiten Legierung, der ein um den Anschlussdraht (1) zu einer Spule aufgewickeltes dünnes Band umfasst, das an seinem inneren Ende mit dem Anschlussdraht (1) fest verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Legierung aus einem weichlötbaren und schweißbaren Material besteht und eine Zusammensetzung aufweist, die gegeben ist durch die Formel Cu100-(a+b)NiaMnb , wobei a und b in Gew.% angegeben sind und folgenden Bedingungen 6≤a≤80 und 0≤b≤12 genügen.
  2. Drossel zur Funkentstörung
    mit einem Anschlussdraht (1), bestehend aus einer elektrisch leitenden und wärmeleitenden, nicht-ferromagnetischen ersten Legierung und
    mit einem Magnetbandkern (2), bestehend aus einer ferromagnetischen zweiten Legierung, der ein um den Anschlussdraht (1) zu einer Spule aufgewickeltes dünnes Band umfasst, das an seinem inneren Ende mit dem Anschlussdraht (1) fest verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Legierung aus einem weichlötbaren und schweißbaren Material besteht und eine Zusammensetzung aufweist, die gegeben ist durch die Formel Cu100-(a+b)MnaGeb , wobei a und b in Gew.% angegeben sind und folgenden Bedingungen 3≤a≤6 und 0≤b≤6 genügen.
  3. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Legierung aus einem weichmagnetischen Material besteht.
  4. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Legierung aus einem hochpermeablen, amorphen oder nanokristallinem Material besteht.
  5. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Legierung eine amorphe Kobaltbasislegierung ist, die nach einer Wärmebehandlung eine Sättigungsmagnetostriktion |λs| ≤ 5 ppm aufweist.
  6. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Legierung eine nanokristalline Eisenbasislegierung ist, die nach der Wärmebehandlung eine Sättigungsmagnetostriktion |λs| ≤ 5 ppm aufweist.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Drossel nach einem der Ansprüche 1 - 6 mit folgenden Verfahrensschritten:
    a) Es wird ein abgelängter Anschlussdraht (1) bereitgestellt;
    b) Das dünne Band wird an seinem einen Ende über eine erste Schweißnaht an dem Anschlussdraht (1) befestigt;
    c) Das dünne Band wird spulenförmig um den Anschlussdraht (1) zu einem Magnetbandkern (2) gewickelt;
    d) Das andere Ende des dünnen Bandes wird über eine zweite Schweißnaht am Außenumfang des Magnetkerns befestigt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetbandkern (2) einer Wärmebehandlung zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften und zur mechanischen Entspannung unterzogen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung im Durchlauf erfolgt und daß die Durchlaufgeschwindigkeit so gewählt wird, daß das dünne Band für eine Wärmebehandlungszeit 0,5sec ≤ t ≤ 120sec auf eine Temperatur 450°C ≤ T ≤ 550°C erwärmt wird.
  10. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel eine Schutzbeschichtung (3) zum Schutz des Magnetbandkerns (2) aufweist.
  11. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden des Anschlussdrahtes (1) L-förmig abgewickelt sind.
  12. Drossel nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (4) ein sogenanntes SMD-Bauelement ist.
  13. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetbandkern (2) ein geschlossener Ringkern vorgesehen ist.
  14. Verwendung einer Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Schaltnetzteil.
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