EP1085537A2 - Planartransformator und Verfahren zur Herstellung seiner Wicklung sowie eine kompakte elektrische Vorrichtung mit einem solchen Planartransformator - Google Patents

Planartransformator und Verfahren zur Herstellung seiner Wicklung sowie eine kompakte elektrische Vorrichtung mit einem solchen Planartransformator Download PDF

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EP1085537A2
EP1085537A2 EP00119213A EP00119213A EP1085537A2 EP 1085537 A2 EP1085537 A2 EP 1085537A2 EP 00119213 A EP00119213 A EP 00119213A EP 00119213 A EP00119213 A EP 00119213A EP 1085537 A2 EP1085537 A2 EP 1085537A2
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EP
European Patent Office
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electrical
folded
transformer
compact
conductor
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EP00119213A
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Reinhold Berberich
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Mannesmann VDO AG
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F27/2847—Sheets; Strips
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    • H01F27/2847—Sheets; Strips
    • H01F2027/2861—Coil formed by folding a blank

Definitions

  • the invention relates to a planar transformer and a method for Manufacturing the winding of the planar transformer and a compact electrical device with such a planar transformer according to the respective preambles of claims 1, 6 and 10.
  • the invention has for its object a planar transformer indicate which one with any number of turns simple and is inexpensive to manufacture.
  • the object is achieved in that the primary and the secondary winding each from a folded, a non-circular Cross-section, electrical conductor exists.
  • the advantage of the invention is that the winding is not as before by stacking windings with subsequent connection of the individual parts, but by folding a finite one electrical conductor. The process of connecting individual sheets to form a closed winding.
  • the winding is either manufactured from Metal strips (rolled goods) or from specially shaped sheet metal stampings.
  • the use of metal straps creates a winding which spread apart due to the elastic properties of the metal, which prevents electrical contacting of the individual windings becomes.
  • Shaped sheet metal stampings make it particularly easy Realize tapping.
  • At least one is parallel to the electrical conductor Insulating layer available, which in one operation with the electrical Ladder is folded.
  • Such an insulating layer has the advantage that in addition to the electrical insulation immediately a mechanically stable bond between several winding layers is created.
  • the insulating layer is self-adhesive to fix the electrical conductor educated.
  • transformer arrangements in which special emphasis is placed on a extremely good coupling, there are at least two metal strips arranged together on an insulating layer and are simultaneously folded. Through the intimate nesting of at least two at the same time applied turns improves the coupling among the Turns again.
  • the two windings can be on both sides of the Insulation layer, but alternatively also on one of the surface of the insulation layer spaced apart.
  • the loose end of the metal strip is formed electrical conductor by a first predetermined distance predetermined first angle folded in one direction and then after a second predetermined distance by a second predetermined Angle in the opposite direction to the given one Folded towards. This process is repeated until one desired number of turns is reached.
  • the electrical conductor is at a predetermined angle alternately in a given direction or in the given direction Folded in the opposite direction.
  • a compact electrical Device in particular a switching power supply proposed, with a Transformer for matching different electrical voltages between an electrical circuit and one with a reference voltage connectable contacting device, at least one primary winding of the transformer with the contacting device and at least a secondary winding of the transformer with the electrical circuit are connected via first electrical connections, the primary and the secondary winding has at least part of the transformer core encloses.
  • the primary and the secondary winding each made from a folded electrical conductor, which one has non-circular cross-section.
  • the primary and the secondary winding and / or are advantageously first electrical connections and / or the contacting device in a support body made of insulating material is arranged, and the electrical circuit is arranged on a carrier element via a second electrical connection with at least a first one electrical connection of the carrier body connected.
  • the advantage of the invention is that the individual components Plugs, power supply / distribution and the transformer windings or the transformer core together in a compact unit are arranged.
  • Such an electronic block contains all the necessary ones electrical traces, either by temporary spacers or real insulation layers or layers kept isolated from each other and then overmolded with plastic.
  • the work steps will hereby improve the electrical Insulation properties achieved.
  • this is Compact electronics shockproof and vibration-insensitive, which in particular is advantageous for use in motor vehicles.
  • At least one contact pin is on the plane Carrier element for connecting the electrical circuit with at least a first electrical connection of the carrier body, which is electrically connected to the at least one conductor track Opening protrudes.
  • This arrangement of the rigid pin makes the electrical connection between the electrical circuit and the electrically conductive parts of the carrier body simply by plugging the carrier body onto the Contact pin realized, which at the same time creates a mechanical lock is achieved.
  • This second electrical connection is particularly easy to establish, when the contact pin for making the electrical connection in the opening of the carrier body is pressed. So not only the electrical, but also a permanent mechanical connection produce which is insensitive to vibrations.
  • the first electrical connections are particularly easy produce if they are formed as sheet metal parts. With the help of such stacked stamped and bent sheet metal, which the electrical Form conductor tracks in the carrier body, the carrier body can be easily manufacture as an injection molded part.
  • Angled ends of the sheet metal parts are advantageously made of Carrier body for forming the electrical connections of the plug device led out.
  • the body of the contacting device is through formed the support body.
  • the compact electrical block can be molded in the same plastic design such that the carrier body is part of a housing, which covers the carrier element carrying the electrical circuit.
  • the carrier body is a middle part of the housing with a gasket molded on one side to rest on the support element formed, the housing middle part with a flat cover is closed, which also has a molded seal, which rests on the middle part of the housing.
  • the carrier element is made of metal, preferably made of aluminum, and is also used for cooling the power components of the electronic circuit.
  • the carrier element is a substrate which is made of copper sheet welded onto heat-conducting ceramic (Direct Copper Bonding) exists. Due to the very good heat conduction of this material are high performance of the power transistors enables.
  • the Transformer core is constructed in two parts, with a first E-like Core element rests on the carrier element, the three of which are perpendicular to the Carrier element pioneering webs through corresponding transformer openings grab the support body and a second flat or E-like trained core element covers the webs and magnetically connects with each other, with the primary and secondary winding rotating are arranged between the webs.
  • the transformer By resting the first core element on the as a heat sink trained carrier element is the transformer with high performance operable and can have a high efficiency.
  • the transformer works reliably with those in modern motor vehicles occurring high currents and can be easily cooled.
  • a switching power supply is shown as it is used to adapt different voltage levels in numerous electrical devices Used.
  • a carrier body 1 made of plastic includes several superimposed conductor tracks 2, which as Stamped bending sheets are formed.
  • the conductor tracks 2 are like this arranged within the plastic carrier body 1 that the plastic between the conductor tracks 2 has an insulating effect.
  • the Carrier body 1 windings 3a, 3b which are a primary and a secondary winding form a planar transformer.
  • the primary 3a and the secondary winding 3b is formed by at least one turn.
  • Some conductor tracks 2 are bent out of the plastic carrier body 1 led out, the ends of which form connector pins 4 and the plastic carrier body 1 at the same time by one in an injection molding process made molding forms the plug body 5.
  • the plastic body 1 has metallized and with the Conductor tracks 2 connected contact openings 6 and 7, in which Contact pins 12 engage on an aluminum support element 8 are arranged.
  • a ceramic circuit board 9 is on the carrier element 8 attached, which has copper tracks 10.
  • the ceramic circuit board 9 is glued to the aluminum body 8, for example.
  • the copper tracks 10 establish an electrical connection between the also the printed circuit board 9 arranged power components 11 and Contact pin 12. Furthermore, that is on the aluminum support member 8 Lower part 13 of a planar transformer core arranged.
  • the Pins 12 of the aluminum plate 8 in the contact openings 6 and 7 respectively of the carrier body 1 introduced. This takes place in a press-in process, that is, the diameter of the contact openings 6 and 7 is less than the thickness of the contact pins 12, so that after pressing in the contact pins a both secure mechanical and electrical connection of the contact pin 12 with the windings of the primary and secondary coils 3a, 3b of the transformer and with the conductor tracks 2.
  • the windings 3a, 3b are in the Lower part 13 of the transformer core open at the top.
  • the bottom part 13 has three webs pointing in the direction of the plastic body 1 13a, 13b, 13, c, with the winding 3a, 3b in the spaces 26, 27 of these webs 13a, 13b, 13c is arranged ( Figure 3).
  • Figure 3 After touchdown of the plastic carrier body 1 on the circuit board 8 is the upper part 14 of the transformer core placed on the plastic body 1. Consequently after connecting the reference voltage to the plug device 4, 5 voltage transformed by the so-called planar transformer transferred to the power components 11 via the contact pins 12.
  • Control and regulating electronics 25 as a component on the substrate 9 be arranged.
  • Another is for use in the motor vehicle Plug device 28 is provided, via which this electronics via the CAN bus communicates with other control units.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the compact electronics that is particularly favorable in terms of production technology.
  • a seal 20, which rests on the aluminum plate 8, is arranged all around on the collar 19.
  • the edge of the cover 22 also carries a seal 23 on which the plastic carrier body 1 rests. Possible sealing problems when connecting to the base plate are avoided by the molded sealing lip.
  • a device for producing an electrical conductor 15 folded winding package 18 is shown in Figure 4.
  • One on a gimbaled roller 16 arranged copper tape 15 guided over a folding and separating device 17.
  • the folding and separating device 17 folds the copper tape by 180 ° in such a way that it Degree from the actual direction of extension of the copper strip 15 is deflected so that after four folds a rectangle-like Winding arises.
  • the folded end of the electrical conductor 15 lies supposedly on the surface of the metal strip 15.
  • a roller conveyor counter is used to determine the length of the sections to be moved intended.
  • Figure 6 shows a copper tape roll 16 and a roll, which one Insulator or a double-sided tape leads.
  • Roll 24 with the double-sided tape 28 is arranged behind the roller 16 with the copper tape. If the double-sided adhesive tape 29 passes the copper roll, the electrical one Conductor 15 automatically on the self-adhesive surface of the double-sided tape 29 attached and the resulting band 30 is also in folded the way already described.
  • FIG. 7 Preferred embodiments of the folding for the device according to Figures 5 and 6 are shown in Figure 7. It must always be ensured that when folding insulator on insulator and electrical conductor on electrical conductor to prevent insulation in the wrong place.
  • the conductor 15 is simply folded in the simplest manner alternating by 90 ° or - 90 °. With multiple folding it happens for stacking several folds. With a more comfortable one Embodiment according to example B is a double kink when folding the fold, in such a way that the resulting kinks are offset, which achieves a good packing density.
  • FIG. 8 shows a stamped and bent part 31 with a shaped center tap 32 shown. The folded edges 33 are also indicated. At this stamped and bent part 31 is simply three electrical connections realize. The electrical connections are with a and c and the Center tap marked with b.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine kompakte elektrische Vorrichtung mit einem Planartransformator zur Angleichung verschiedener elektrischer Spannungen zwischen einer elektrischen Schaltung und einer, mit einer Bezugsspannung verbindbaren Steckeinrichtung, wobei wenigstens eine Primärwicklung des Transformators mit der Steckeinrichtung und wenigstens eine Sekundärwicklung des Transformators mit der elektrischen Schaltung über Leiterbahnen verbunden ist, wobei die Primär- und die Sekundärwicklung wenigstens einen Teil eines Transformatorkerns umschließt. Zur vereinfachten Montage weist die elektronische Einrichtung einen Planartransformator auf, dessen Primär- und Sekundärwicklung (3a, 3b) jeweils aus einem gefalteten elektrischen Leiter (15) bestehen, welcher einen unrunden Querschnitt aufweist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Planartransformator sowie ein Verfahren zur Herstellung der Wicklung des Planartransformators und eine kompakte elektrische Vorrichtung mit einem solchen Planartransformators gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 6 und 10.
Aus der US-PS-5,010,314 ist ein Transformator in planarer Ausführung bekannt, dessen Wicklung bei kleinen Leistungen aus gedruckten Leiterplatten und bei großen Leistungen aus mehreren Lagen etwa U-förmiger Stanzbleche bestehen, deren Einzellagen miteinander verbunden sind. Dabei gestaltet sich je nach Wicklungszahl und Auslegung eines solchen Transformators die Verbindung der einzelnen Bleche zu geschlossenen Wicklungen als sehr aufwendig und zeitintensiv. Meistens beschränkt sich bei solchen Transformatoren daher die Wicklungszahl auf nur wenige Wicklungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Planartransformator anzugeben, welcher mit einer beliebigen Zahl von Windungen einfach und preisgünstig herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Primär- und die Sekundärwicklung jeweils aus einem gefalteten, einen unrunden Querschnitt aufweisenden, elektrischen Leiter besteht.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Wicklung nicht wie bisher durch Aufeinanderschichten von Wicklungen mit nachträglichem Verbinden der Einzelteile entsteht, sondern durch Faltung eines endlichen elektrischen Leiters. Dabei entfällt der Vorgang des Verbindens von einzelnen Blechen zu einer geschlossenen Wicklung.
In einer Ausgestaltung erfolgt die Herstellung der Wicklung entweder aus Metallbändern (Rollenware) oder aus speziell geformten Blechstanzteilen. Die Verwendung von Metallbändern schafft eine Wicklung, welche sich aufgrund der elastischen Eigenschaften des Metalls auseinanderspreizt, wodurch eine elektrische Kontaktierung der einzelnen Wicklungen verhindert wird. Durch geformte Blechstanzteile lassen sich besonders einfach Anzapfungen realisieren.
In einer Ausgestaltung ist parallel zum elektrischen Leiter mindestens eine Isolierlage vorhanden, welche in einem Arbeitsgang mit dem elektrischen Leiter gefaltet wird. Eine solche Isolierlage hat den Vorteil, daß neben der elektrischen Isolierung sofort ein mechanisch stabiler Verbund zwischen mehreren Wicklungslagen geschaffen wird.
Zur Fixierung des elektrischen Leiters ist die Isolierlage selbstklebend ausgebildet.
Bei Transformatoranordnungen, bei denen besonderer Wert auf eine extrem gute Kopplung gelegt wird, sind mindestens zwei Metallbänder gemeinsam auf einer Isolierschicht angeordnet und werden gleichzeitig gefaltet. Durch die innige Verschachtelung der mindestens zwei gleichzeitig aufgebrachten Windungen verbessert sich die Kopplung unter den Windungen nochmals. Die beiden Wicklungen können dabei beidseitig der Isolierlage, alternativ aber auch auf einer der Oberfläche der Isolierlage beabstandet zueinander angeordnet sein.
Bei einem einfachen Verfahren zur Herstellung einer solchen Wicklung, insbesondere für einen Planartransformator, wird der eine endliche Länge aufweisende elektrische Leiter mittels einer Falt- und Trenneinrichtung um wenigstens einen vorgegebenen Winkel in vorgegebenen Abständen gefaltet.
Vorzugsweise wird dabei das lose Ende des als Metallband ausgebildeten elektrischen Leiters in einem ersten vorgegebenen Abstand um einen vorgegebenen ersten Winkel in eine Richtung gefaltet und anschließend nach einem zweiten vorgegebenen Abstand um einen zweiten vorgegebenen Winkel in der der vorgegebenen Richtung entgegengesetzten Richtung gefaltet. Dieser Vorgang wird solange wiederholt bis eine gewünschte Windungszahl erreicht ist.
Alternativ wird der elektrische Leiter um einen vorgegebenen Winkel abwechselnd in eine vorgegebene Richtung bzw. in die der vorgegebenen Richtung entgegengesetzten Richtung gefaltet.
Geschlossene Wicklungen lassen sich besonders einfach dadurch realisieren, daß der elektrische Leiter in gleichmäßigen Abständen immer in dieselbe Richtung um den vorgegebenen Winkel gefaltet wird, wobei der Leiter nach jeder Faltung um 180° gedreht wird. Anstelle des Leiters kann auch die den Leiter tragende Einrichtung, beispielsweise eine Rolle gedreht werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird eine kompakte elektrische Vorrichtung, insbesondere ein Schaltnetzteil vorgeschlagen, mit einem Transformator zur Angleichung verschiedener elektrischer Spannungen zwischen einer elektrischen Schaltung und einer mit einer Bezugsspannung verbindbaren Kontaktiereinrichtung, wobei wenigstens eine Primärwicklung des Transformators mit der Kontaktiereinrichtung und wenigstens eine Sekundärwicklung des Transformators mit der elektrischen Schaltung über erste elektrische Verbindungen verbunden sind, wobei die Primär- und die Sekundärwicklung wenigstens einen Teil des Transformatorkerns umschließt. Erfindungsgemäß sind die Primär- und die Sekundärwicklung jeweils aus einem gefalteten elektrischen Leiter hergestellt, welcher einen unrunden Querschnitt aufweist.
Vorteilhafterweise sind die Primär- und die Sekundärwicklung und/oder die ersten elektrischen Verbindungen und/oder die Kontaktiereinrichtung in einem aus isolierendem Material bestehenden Trägerkörper angeordnet, und die auf einem Trägerelement angeordnete elektrische Schaltung ist über eine zweite elektrische Verbindung mit mindestens einer ersten elektrischen Verbindung des Trägerkörpers verbunden.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Einzelkomponenten Stecker, Stromzuführung/Verteilung sowie die Transformatorwicklungen bzw. der Transformatorkern in einer kompakten Baueinheit zusammen angeordnet sind. Ein solcher Elektronikblock enthält dabei alle notwendigen elektrischen Leiterbahnen, die entweder durch temporäre Abstandshalter oder echte Isolierlagen bzw. Schichten voneinander isoliert gehalten und anschließend mit Kunststoff umspritzt werden. Neben der Reduzierung der Arbeitsschritte wird hiermit eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften hinsichtlich der Isolierung erreicht. Darüber hinaus ist diese Kompaktelektronik stoßfest und schwingungsunempfindlich, was insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen vorteilhaft ist.
In einer Ausgestaltung ist mindestens ein Kontaktstift auf dem ebenen Trägerelement zur Verbindung der elektrischen Schaltung mit wenigstens einer ersten elektrischen Verbindung des Trägerkörpers angeordnet, welche in eine mit der wenigstens einen Leiterbahn elektrisch verbundenen Öffnung hineinragt.
Durch diese Anordnung des starren Stiftes wird die elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Schaltung und den elektrisch leitenden Teilen des Trägerkörpers einfach durch Aufstecken des Trägerkörpers auf den Kontaktstift realisiert, wodurch gleichzeitig eine mechanische Arretierung erreicht wird.
Diese zweite elektrische Verbindung läßt sich besonders einfach herstellen, wenn der Kontaktstift zur Herstellung der elektrischen Verbindung in die Öffnung des Trägerkörpers eingepresst ist. Somit läßt sich nicht nur die elektrische, sondern auch eine dauerhafte mechanische Verbindung herstellen, welche gegenüber Erschütterungen unempfindlich ist.
Die ersten elektrischen Verbindungen lassen sich besonders einfach herstellen, wenn sie als Blechformteile ausgebildet sind. Mit Hilfe solcher übereinander geschichteten Stanzbiegebleche, welche die elektrischen Leiterbahnen im Trägerkörper bilden, läßt sich der Trägerkörper einfach als Spritzgußteil herstellen.
Vorteilhafterweise sind abgewinkelte Enden der Blechformteile aus dem Trägerkörper zur Bildung der elektrischen Anschlüsse der Steckereinrichtung herausgeführt. Der Körper der Kontaktiereinrichtung ist dabei durch den Trägerkörper gebildet.
Im selben Kunststoffspritzvorgang läßt sich der Kompaktelektrikblock derart gestalten, daß der Trägerkörper Bestandteil eines Gehäuses ist, welches das die elektrische Schaltung tragende Trägerelement abdeckt.
In einer anderen Ausgestaltung ist der Trägerkörper als Gehäusemittelteil mit einer einseitig angespritzten Dichtung zur Auflage auf dem Trägerelement ausgebildet, wobei das Gehäusemittelteil mit einer planen Abdeckung verschlossen ist, die ebenfalls eine angespritzte Dichtung aufweist, die auf dem Gehäusemittelteil aufliegt.
Zur Abführung der Verlustwärme ist das Trägerelement aus Metall, vorzugsweise Aluminium hergestellt, und dient gleichzeitig zur Kühlung für die Leistungsbauelemente der elektronischen Schaltung.
Zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Trägerelement ein Substrat trägt, welches aus auf wärmeleitende Keramik aufgeschweißten Kupferblech (Direct Copper Bonding) besteht. Durch die sehr gute Wärmeleitung dieses Materials werden hohe Leistungen der Leistungstransistoren ermöglicht.
Eine vereinfachte Montage des Schaltnetzteiles ist möglich, wenn der Transformatorkern zweiteilig aufgebaut ist, wobei ein erstes E-ähnliches Kernelement auf dem Trägerlelement aufliegt, dessen drei senkrecht vom Trägerelement wegweisenden Stege durch entsprechende Transformatoröffnungen des Trägerkörpers greifen und ein zweites eben oder E-ähnlich ausgebildetes Kernelement die Stege abdeckt und magnetisch miteinander verbindet, wobei die Primär- und Sekundärwicklung umlaufend zwischen den Stegen angeordnet sind.
Durch die Auflage des ersten Kernelementes auf dem als Kühlkörper ausgebildeten Trägerelementes ist der Transformator mit hoher Leistung betreibbar und kann einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Der Transformator arbeitet dabei zuverlässig bei denen in modernen Kraftfahrzeugen auftretenden hohen Strömen und ist problemlos kühlbar.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in den Figuren dargestellten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt:
Figur 1
erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompaktelektrikblocks
Figur 2
zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompaktelektrikblocks
Figur 3
Transformatorkern
Figur 4
erste Ausführungsform zur Herstellung einer gefalteten Wicklung
Figur 5
zweite Ausführungsform zur Herstellung einer gefalteten Wicklung
Figur 6
dritte Ausführungsform zur Herstellung einer gefalteten Wicklung
Figur 7
gefaltete Wicklung
Figur 8
Stanzblechteil zur Herstellung einer gefalteten Wicklung
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Figur 1 ist ein Schaltnetzteil dargestellt, wie es zur Anpassung von unterschiedlichen Spannungsniveaus in zahlreichen elektrischen Einrichtungen Einsatz findet. Ein aus Kunststoff hergestellter Trägerkörper 1 beinhaltet mehrere übereinander geschichtete Leiterbahnen 2, die als Stanzbiegebleche ausgebildet sind. Dabei sind die Leiterbahnen 2 so innerhalb des Kunststoffträgerkörpers 1 angeordnet, daß der Kunststoff zwischen den Leiterbahnen 2 isolierend wirkt. Darüber hinaus enthält der Trägerkörper 1 Wicklungen 3a, 3b , die eine Primär- und eine Sekundärwicklung eines Planartransformators bilden. Dabei wird die Primär- 3a und die Sekundärwicklung 3b von mindestens einer Windung gebildet.
Einige Leiterbahnen 2 sind gebogen aus dem Kunststoffträgerkörper 1 herausgeführt, wobei deren Enden Steckerpins 4 bilden und der Kunststoffträgerkörper 1 gleichzeitig durch eine in einem Spritzgußverfahren vorgenommene Ausformung den Steckerkörper 5 bildet. Darüber hinaus weist der Kunststoffkörper 1 metallisierte und mit den Leiterbahnen 2 verbundene Kontaktöffnungen 6 und 7 auf, in welche Kontaktstifte 12 eingreifen, die auf einem Aluminiumträgerelement 8 angeordnet sind. Auf dem Trägerelement 8 sind eine Keramikleiterplatte 9 befestigt, welche Kupferbahnen 10 aufweist. Die Keramikleiterplatte 9 ist dabei beispielsweise auf den Aluminiumkörper 8 aufgeklebt. Die Kupferbahnen 10 stellen eine elektrische Verbindung zwischen den ebenfalls auf der Leiterplatte 9 angeordneten Leistungsbauelementen 11 und dem Kontaktstift 12 dar. Weiterhin ist auf dem Aluminiumträgerelement 8 das Unterteil 13 eines Planartransformatorkerns angeordnet.
Bei der Montage dieses zweiteiligen, aus dem Kunststoffträgerkörper 1 und der Aluminiumträgerplatte 8 bestehenden Schaltnetzteiles, werden die Steckerstifte 12 der Aluminiumplatte 8 in die Kontaktöffnungen 6 bzw. 7 des Trägerkörpers 1 eingeführt. Dies erfolgt in einem Einpressvorgang, das heißt, der Durchmesser der Kontaktöffnungen 6 und 7 ist geringer als die Stärke der Kontaktstifte 12, so daß nach dem Einpressen der Kontaktstifte eine sowohl sichere mechanische als auch elektrische Verbindung des Kontaktstiftes 12 mit den Wicklungen der Primär- und Sekundärspule 3a, 3b des Transformators als auch mit den Leiterbahnen 2 gegeben ist.
Bei diesem Montagevorgang werden die Wicklungen 3a, 3b in das nach oben offene Unterteil 13 des Transformatorkerns eingeführt. Das Unterteil 13 weist dabei drei in Richtung des Kunststoffkörpers 1 weisende Stege 13a, 13b, 13,c auf, wobei die Wicklung 3a, 3b in den Zwischenräumen 26, 27 dieser Stege 13a, 13b, 13c angeordnet ist (Figur 3). Nach dem Aufsetzen des Kunststoffträgerkörpers 1 auf die Leiterplatte 8 wird das Oberteil 14 des Transformatorkerns auf den Kunststoffkörper 1 aufgesetzt. Somit wird nach Anschluß der Bezugsspannung an die Steckeinrichtung 4, 5 die durch den sogenannten Planartransformator transformierte Spannung über die Kontaktstifte 12 auf die Leistungsbauelemente 11 übertragen.
Bei einem besonders kompakten Ausführungsbeispiel kann auch die Ansteuer- und Regelelektronik 25 als Bestandteil auf dem Substrat 9 mit angeordnet sein. Für den Einsatz im Kraftfahrzeug ist eine weitere Steckeinrichtung 28 vorgesehen, über welche diese Elektronik über den CAN-Bus mit anderen Steuergeräten kommuniziert.
In Figur 2 ist eine fertigungstechnisch besonders günstige Ausgestaltung der Kompaktelektronik dargestellt. Ein die Seitenwände eines Gehäuses bildender, an den Kunststoffträgerkörper 1 angeformter Gehäusekragen 19, übernimmt dabei die Gehäusefunktion und wird im Kunststoffspritzvorgang in einem Arbeitsschritt gemeinsam mit dem Steckerkörper 5 und dem Kunststoffträgerkörper 1 gebildet. Zur Befestigung einer Abdeckung 22 sind Schrauben oder Nieten 21 vorgesehen. Um die in diesem Gehäuse 19, 22 angeordnete Elektronik zu schützen, ist an dem Kragen 19 eine Dichtung 20, welche auf der Aluminiumplatte 8 aufliegt, umlaufend angeordnet.
Auch der Rand der Abdeckung 22 trägt eine Dichtung 23, auf welcher der Kunststoffträgerkörper 1 aufliegt. Somit werden mögliche Dichtigkeitsprobleme beim Anschluß an die Grundplatte durch die angespritzte Dichtlippe umgangen.
Eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus einem elektrischen Leiter 15 gefalteten Wicklungspaketes 18 ist aus der Figur 4 ersichtlich. Ein auf einer kardanisch gelagerten Rolle 16 angeordnetes Kupferband 15 wird über eine Falt- und Trenneinrichtung 17 geführt. Die Falt- und Trenneinrichtung 17 faltet das Kupferband um 180° derartig, daß es um jeweils 90 Grad von der eigentlichen Erstreckungsrichtung des Kupferband 15 umgelenkt wird, so daß nach vier Faltungen eine rechteckähnliche Wicklung entsteht. Das umgelegte Ende des elektrischen Leiters 15 liegt dabei vermeintlich auf der Oberfläche des Metallbandes 15 auf. Zur Bestimmung der Länge der umzulegenden Abschnitte ist ein Rollenbandzähler vorgesehen.
In Figur 5 sind zwei Rollen 16 vorhanden, auf denen jeweils ein Kupferband aufgerollt ist. Auch hier werden beide Kupferbänder 15 in einem Arbeitsgang zu einem Wicklungspaket 18 gefaltet.
Figur 6 zeigt eine Kupferbandrolle 16 sowie eine Rolle, welche einen Isolator bzw. ein Doppelklebeband führt. Die Rolle 24 mit dem Doppelklebeband 28 ist hinter der Rolle 16 mit dem Kupferband angeordnet. Passiert das Doppelklebeband 29 die Kupferrolle, so wird der elektrische Leiter 15 automatisch auf der selbstklebenden Oberfläche des Doppelklebebandes 29 befestigt und das so entstandene Band 30 wird ebenfalls in der schon beschriebenen Art und Weise gefaltet.
Bevorzugte Ausführungen der Faltung für die Einrichtung nach Figur 5 und 6 sind in Figur 7 dargestellt. Dabei muß immer sichergestellt werden, daß bei der Faltung Isolator auf Isolator liegt und elektrischer Leiter auf elektrischen Leiter, um Isolierungen an der falschen Stelle zu verhindern. In der einfachsten Weise erfolgt eine einfache Faltung des Leiters 15 alternierend um jeweils 90° bzw. - 90°. Bei mehrfacher Faltung kommt es zum Übereinanderliegen mehrerer Faltstellen. Bei einer komfortableren Ausführungsform gemäß Beispiel B erfolgt bei der Faltung ein Doppelknickung der Faltstelle, in der Art dass die dabei entstehenden Knickstellen versetzt liegen, wodurch eine gute Packungsdichte erreicht.
Aus Figur 8 ist ein Stanzbiegeteil 31 mit einer ausgeformten Mittelanzapfung 32 dargestellt. Die Faltkanten 33 sind ebenfalls angedeutet. Bei diesem Stanzbiegeteil 31 sind einfach drei elektrische Anschlüsse zu realisieren. Die elektrischen Anschlüsse sind dabei mit a und c und die Mittelanzapfung mit b gekennzeichnet.

Claims (20)

  1. Planartransformator, bestehend aus mindestens einer Primärwicklung und mindestens einer Sekundärwicklung und einem Transformatorkern, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und die Sekundärwicklung (3a, 3b) jeweils aus einem gefalteten, einen unrunden Querschnitt aufweisenden elektrischen Leiter (15) bestehen.
  2. Planartransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (15) als Metallband (16) oder als Blechformteil (31) ausgebildet ist.
  3. Planartransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum elektrischen Leiter (15) mindestens eine Isolierlage (24) vorhanden ist, welche in einem Arbeitsgang mit dem elektrischen Leiter (15) faltbar ist.
  4. Planartransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierlage (24) zur Fixierung des Leiters (15) selbstklebend ausgebildet ist.
  5. Planartransformator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Metallbänder gleichzeitig gefaltet werden, die gemeinsam auf der Isolierlage (24) angeordnet sind.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung, insbesondere für einen Planartransformator, bestehend aus einem elektrischen Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (15) in vorgegebenen Abständen gefaltet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das lose Ende des elektrischen Leiters (15) in einem ersten vorgegebenen Abstand um einen vorgegebenen ersten Winkel in eine vorgegebene Richtung gefaltet wird und nach einem zweiten vorgegebenen Abstand um einen zweiten vorgegebenen Winkel in der der vorgegebenen Richtung entgegengesetzten Richtung gefaltet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (15) abwechselnd um einen vorgegebenen Winkel in eine vorgegebene Richtung bzw. in dieser vorgegebenen Richtung entgegengesetzte Richtung gefaltet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (15) in gleichmäßigen Abständen immer in derselben Richtung um den vorgegebenen Winkel gefaltet wird, wobei der Leiter nach jeder Faltung um 180 ° gedreht wird.
  10. Kompakte elektrische Vorrichtung, insbesondere Schaltnetzteil, mit einem Transformator zur Angleichung verschiedener elektrischer Spannungen zwischen einer elektrischen Schaltung und einer, mit einer Bezugsspannung verbindbaren Kontaktiereinrichtung, wobei wenigstens eine Primärwicklung des Transformators mit der Kontaktiereinrichtung und wenigstens eine Sekundärwicklung des Transformators mit der elektrischen Schaltung über erste elektrische Verbindungen verbunden sind, wobei die Primär- und die Sekundärwicklung wenigsten einen Teil eines Transformatorkerns umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und die Sekundärwicklung (3a, 3b) jeweils aus einem gefalteten elektrischen Leiter (15) bestehen, welcher einen unrunden Querschnitt aufweist.
  11. Kompakte elektrische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und die Sekundärwicklung (3a, 3b) und/oder die ersten elektrischen Verbindungen (2) und/oder der Kontaktiereinrichtung (4, 5) in einem aus isolierendem Material bestehenden Trägerkörper (1) zumindest teilweise angeordnet sind, und die auf einem Trägerelement (8) angeordnete elektrische Schaltung (11) über eine elektrische zweite Verbindung mit mindestens einer ersten elektrischen Verbindung (2) des Trägerkörpers (1) verbunden ist.
  12. Kompakte elektrische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kontaktstift (12) auf dem ebenen Trägerelement (8) zur Verbindung der elektrischen Schaltung (11) mit wenigstens einer ersten elektrischen Verbindung (2) des Trägerkörpers (1) angeordnet ist, welcher in eine mit der wenigstens einen ersten elektrischen Verbindung (2) elektrisch verbundenen Öffnung (6, 7) hineinragt.
  13. Kompakte elektrische Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (12) in die Öffnung (6, 7) des Trägerkörpers (1) zur Herstellung der elektrischen Verbindung eingepresst ist.
  14. Kompakte elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten elektrischen Verbindungen (2) als Blechformteile ausgebildet sind.
  15. Kompakte elektrische Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechformteile (2) aus dem Trägerkörper (1) zur Bildung der elektrischen Anschlüsse (4) der Kontaktiereinrichtung (4,5) hinausgeführt sind, wobei der Körper (5) der Kontaktiereinrichtung (4, 5) durch den Trägerkörper (1) gebildet ist.
  16. Kompakte elektrische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) Bestandteil eines Gehäuses ist, welches das die elektronische Schaltung (11) tragende Trägerelement (8) abdeckt.
  17. Kompakte elektrische Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (1) als Gehäusemittelteil (19) mit einer einseitig angespritzten Dichtung (20) zur Auflage auf dem Trägerelement (8) ausgebildet ist, wobei das Gehäusemittelteil (19) mit einer planen Abdeckung (22) verschlossen ist, die ebenfalls eine angespritzte Dichtung (23) aufweist, die auf dem Gehäusemittelteil aufliegt.
  18. Kompakte elektrische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (8) aus Metall, vorzugsweise Aluminium besteht und gleichzeitig zur Kühlung für die Leistungsbauelemente (11) der elektrischen Schaltung dient.
  19. Kompakte elektrische Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (8) ein Substrat (9) trägt, welches aus auf wärmeleitender Keramik aufgebrachtem Kupfer (10) besteht.
  20. Kompakte elektrische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformatorkern (13,14) zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein erstes, E-ähnliches Kernelement (13) auf dem Trägerelement (8) aufliegt, dessen drei senkrecht vom Trägerelement (8) wegweisenden Stege (13a, 13b, 13c) durch entsprechende Transformatoröffnungen des Trägerkörpers (1) greifen und ein zweites, eben oder E-ähnlich ausgebildetes Kernelement (14) die Stege (13a, 13b, 13c) magnetisch miteinander verbindet, wobei die Primär- und Sekundärwicklung (3a, 3b) umlaufend zwischen den Stegen (13a, 13b, 13c) angeordnet sind.
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