EP2200052B1 - Stromkompensierte Drossel und Verfahren zur Herstellung einer Stromkompensierten Drossel - Google Patents

Stromkompensierte Drossel und Verfahren zur Herstellung einer Stromkompensierten Drossel Download PDF

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EP2200052B1
EP2200052B1 EP09178355.5A EP09178355A EP2200052B1 EP 2200052 B1 EP2200052 B1 EP 2200052B1 EP 09178355 A EP09178355 A EP 09178355A EP 2200052 B1 EP2200052 B1 EP 2200052B1
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EP
European Patent Office
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current
holes
wire
compensated choke
toroidal core
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EP2200052A2 (de
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Harald Hundt
Hartmut Schoenbohm
Dieter Proksch
Klemens Trabold
Michael Engelstädter
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Original Assignee
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2200052A3 publication Critical patent/EP2200052A3/de
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    • Y10T29/49071—Electromagnet, transformer or inductor by winding or coiling

Definitions

  • the invention relates to a current-compensated choke according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a current-compensated choke.
  • Chokes are inductive components in electrical engineering and electronics, which find use, inter alia, in the suppression of interference pulses.
  • a widespread subspecies of interference suppression chokes for example, for suppression of interference currents, which occur in the same direction in the forward and return lines are common mode chokes, which are also known under the name "common mode chokes".
  • Current-compensated chokes are characterized by several, but at least two windings, which are flowed through in opposite directions from the working current from. As a consequence, ideal, i. E.
  • the design of current-compensated chokes is subject to a variety of boundary conditions. In order to keep the ohmic losses low, one chooses the wires used for the winding as thick as possible. In order to achieve high inductances for the same direction interference currents, the winding is usually carried out on an annular magnetic core, but because of various installation conditions should be as small as possible. It should the single winding but at the same time include as many turns. Also important is the galvanic isolation between the windings. It must therefore be prevented that wires of the individual windings, the turns of which all must be guided through the inner hole of the annular magnetic core touch.
  • the object of the invention is to improve the symmetry of the windings in a current-compensated choke without increasing the effort.
  • a current-compensated choke according to the invention has a toroidal core and an even number, but at least two windings each consisting of the same number of turns, wherein a non-conductive body with holes arranged mirror-symmetrically in pairs to an axis of symmetry of the toroidal core is furthermore arranged inside the toroidal core.
  • each hole of at least some of the pairs is more symmetrical Holes each guided a turn, and through the two belonging to a pair of holes corresponding turns of mutually associated windings are performed.
  • the ring core serves as a support structure to which the windings are applied directly or indirectly.
  • Windings associated therewith are to be understood as meaning the windings whose magnetic fields, when the windings are traversed by the working current, are respectively to be compensated for, that is, in the ideal case, they are constructed completely symmetrically with respect to each other. This symmetry also determines which turns of the windings correspond to each other; As a rule, however, this compensation can also be determined by counting the turns of mutually corresponding windings in the same direction. In the case of symmetrical windings with N windings, the windings which are assigned the same ordinal number n with 1 ⁇ n ⁇ N when counting will correspond to one another.
  • a particularly simple embodiment of the non-conductive body is in the interior of the ring core, so at smaller radii than the inner radius of the ring core, arranged disc, the circular surfaces parallel to the direction in which an inner radius vector of the toroidal extend.
  • the toroidal core is enclosed by a composite of at least two parts plastic body.
  • a composite of at least two parts plastic body By this measure can be achieved in a simple manner, an improved stability of the then formed by toroidal core and plastic body throttle body compared to the straight when using thick wires for the windings in the manufacture of the throttle high tensile forces. Furthermore, this reduces the influence of environmental influences on the toroidal core.
  • the non-conductive body is connected to one of the parts of the composite plastic body or is part of one of the parts of the composite plastic body.
  • An embodiment of the plastic body which is easy to produce lies in one embodiment in particular as two annular half shells which receive or enclose the toroidal core.
  • the toroidal core becomes particularly effective against environmental influences which, upon local interaction with parts of the toroidal core at the affected locations, could change its magnetic properties and thus adversely affect the function of the current-compensated choke if the two half-shells of the plastic body overlap such that they are inside and outside are guided positively.
  • the half shells of the plastic body with an ultrasonic weld together are connected, which leads to optimum sealing when the half shells of the plastic body by means of threaded on both sides are screwed together, which allows subsequent opening of the plastic body, or if the two half-shells of the plastic body are connected by a latching mechanism, which is a particularly simple and cost-effective Manufacturing brings with it.
  • guide elements for guiding and separating the turns are arranged on the surface of the plastic body and / or guiding elements are introduced into the surface of the plastic body. This makes it possible to influence the geometric boundary conditions and thus the course of the windings as desired, while without such guide elements always the shortest connection on the surface of the throttle body between the output side of the hole at which the turn in question and the input side of the hole, at which it ends, determines the course of the winding.
  • the guide elements can be realized in particular as burrs, grooves or a combination of burrs and grooves.
  • Preferred material for the plastic body is a high temperature resistant plastic, in particular polyetheretherketone (PEEK) or polyphenylene sulphide (PPS).
  • PEEK polyetheretherketone
  • PPS polyphenylene sulphide
  • the preferred material for the toroidal core of the current-compensated choke is a soft magnetic ribbon and, because of the magnetic properties which are advantageous for most applications in particular a soft magnetic strip consisting of an amorphous or nanocrystalline alloy.
  • the toroidal core may, for example, have an outer diameter of at least 20 mm.
  • the copper wire As a material for the windings of such a current-compensated choke copper wire has proven particularly because of its good line properties, which is preferably painted and / or high-temperature resistant insulation, in particular polyester imide (PEI) or polyimide (PI) has.
  • PET polyester imide
  • PI polyimide
  • the copper wire may have a diameter of more than 2mm.
  • an insulating coating of a thickness of between 5 and 200 ⁇ m may be advantageous, for example by spraying or dip coating during the production of the current-compensated choke can be obtained.
  • a current-compensated choke is produced in a safe and reproducible manner, ensuring that it has almost identical, to a very good approximation symmetrical windings, so that the losses in the current-compensated choke also and especially when using high-frequency operating current significantly be reduced.
  • This is achieved by the fact that given default of the holes in the non-conductive body through which a given turn is guided, by geometric constraints, the course of the winding, which it occupies in train on the wire, is uniquely predetermined.
  • a symmetrical arrangement of the holes through which the windings of one or the other winding are guided leads to identical windings identical conditions for the individual windings, which are ensured by the toroidal core and the shape of the non-conductive body, thus automatically to identical windings, as long the given winding in both cases are guided by corresponding pairs of holes.
  • a crossover of turns only consciously by choosing appropriate hole combinations for the course of the intersecting Windings are brought about and is otherwise excluded.
  • FIG. 1 shows a throttle body 10 according to the invention, so the unwound throttle, in a front view. It is shown a first half-shell 11 of a plastic body, the ridges 12 and recesses 13 has. With the half-shell 11 is designed as a disk non-conductive body 14 integrally connected, the visible upper circular surface parallel to an inner radius vector, not shown in a FIG. 1 obscured by the first half shell 11, but in FIGS. 2 and 3 recognizable ring core 23 extends. The non-conductive body 14 is penetrated by holes 15.1, 15.2, 15.3, 15, 15, 15 and 15.6 in the viewing direction.
  • the holes 15.1 to 15.3 form a first group of holes
  • the holes 15.4 to 15.6 a second group of holes which are arranged symmetrically to the first groups of holes 15.1 to 15.3 with respect to the axis of symmetry AA.
  • the holes 15.1 and 15.4, 15.2 and 15.5 and 15.3 and 15.6 are each pairwise symmetrical to each other or form pairs of symmetrical holes.
  • FIG. 2 shows a section through the throttle body 10 from FIG. 1 along the axis of symmetry AA.
  • the first half-shell 11 is shown, the sectional area of which is recognizable here by hatching from top left to bottom right, as well as the ridges 12 of the first half-shell as well as the one-piece with the first half-shell 11 and as a disc Therefore also shown non-conductive body 14.
  • a second half-shell 21 the sectional surface is shown here by hatching from top right to bottom left, and ridges 22 has.
  • First and second half-shell 21,22 enclose the ring core 23, in such a way that they are guided on the inner circumference 24 and the outer circumference 25 in each case form-fitting manner.
  • FIG. 3 shows a section through the throttle body 10 from FIG. 1 along the symmetry axis BB.
  • the first half-shell 11 whose sectional area is also shown here by hatching from top left to bottom right
  • the non-conductive body 14 and the second half-shell 21 which are embodied in one piece with the first half-shell 11 as a disk and therefore also hatched, whose sectional area is here hatched by top right to bottom left is shown.
  • First and second half-shell 21,22 enclose the ring core 23 such that they are guided on the inner circumference 24 and the outer circumference 25 in each case in a form-fitting manner.
  • the holes 15.2 and 15.5 enforce the designed as a disk non-conductive body 14. At the entrance and exit of the holes, these each have from the surface of the non-conductive body 14 in the extension direction of the hole conically tapered insertion aids 31,32,33,34.
  • FIGS. 1 to 3 Based on FIGS. 1 to 3 the process of the invention is exemplified.
  • a throttle body 10 as in the FIGS. 1 to 3 is shown, and thus the ring core 23 contained in this fixed.
  • a wire section opposite to the viewing direction of FIG. 1 passed through the hole 15.2.
  • the insertion process is facilitated by the insertion aid 31. That from the hole 15.2 in the representation of FIG. 1 opposite end of the wire section is then in a ring surrounding the core Loop, thus of the in FIG. 1 invisible side of the non-conductive body 14 forth passed through the hole 15.1.
  • That from the hole 15.2 in the representation of FIG. 1 emerging in the direction of the end of the wire section is in a loop surrounding the ring core, thus of the in FIG. 1 visible side of the non-conductive body 14, passed through the hole 15.3.
  • Now, if a double-sided train exercised on the wire section put the loops, guided by the ridges 12 and recesses 13, as turns of a winding around the bobbin
  • a second wire section opposite to the viewing direction of FIG. 1 passed through the hole 15.5.
  • the insertion process is facilitated by the insertion 33. That from the hole 15.5 in the representation of FIG. 1 opposite to the line of sight emerging end of the wire section is then in a loop surrounding the ring core, thus of the in FIG. 1 invisible side of the non-conductive body 14 forth passed through the hole 15.4. That from the hole 15.5 in the representation of FIG. 1 emerging in the direction of the end of the wire section is in a loop surrounding the ring core, thus of the in FIG. 1 visible side of the non-conductive body 14 ago, passed through the hole 15.6.
  • a one-sided train could be exercised, the train could be exercised already after laying a single loop, or it could be exercised after laying the loops for both wire sections of the train simultaneously or successively on these wire sections.
  • FIG. 4 shows the wrapped throttle body 10 from FIG. 1 , So the completed current-compensated choke 1 in different perspective. Visible are the first half-shell 11 and the non-conductive body 14 formed integrally therewith. The holes 15.1 to 15.6 of the non-conductive body 14 are in FIG. 4 no longer recognizable because they are filled by wire.
  • the first winding 41 with turns 42.1 and 42.2 and the second winding 43 with turns 44.1 and 44.2 can be seen further.
  • First winding 41 and second winding 43 are constructed exactly symmetrical to each other, the same applies accordingly to each corresponding turns 42.1 and 44.1 or 42.2 and 44.2.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine stromkompensierte Drossel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen stromkompensierten Drossel.
  • Drosseln sind induktive Bauteile in der Elektrotechnik und Elektronik, die unter anderem Verwendung bei der Unterdrückung von Störpulsen finden. Eine weit verbreitete Unterart von Entstördrosseln, beispielsweise zur Unterdrückung von Störströmen, die gleichsinnig in Hin- und Rückleitung auftreten, sind stromkompensierte Drosseln, die auch unter der Bezeichnung "Gleichtaktdrosseln" (Common Mode Chokes) bekannt sind. Stromkompensierte Drosseln zeichnen sich durch mehrere, mindestens aber zwei Wicklungen aus, die gegensinnig vom Arbeitsstrom durchflossen werden, aus. Als Konsequenz heben sich bei idealen, d.h. zueinander völlig symmetrischen Wicklungen mit gleicher Windungszahl, gleichem Sektor und gleicher Drahtführung die magnetischen Felder der Wicklungen im Kern der Drossel auf, so dass die Drossel für den Arbeitsstrom eine geringe Induktivität aufweist, während die Induktivität der Drossel für die gleichsinnig auftretenden Störströme hoch ist. Abweichungen von einer idealen, völlig symmetrischen Wicklung führen mit steigender Frequenz des Arbeitsstroms zu Verlusten, die möglichst gering zu halten sind.
  • Die Auslegung stromkompensierter Drosseln unterliegt einer Vielzahl von Randbedingungen. Um die ohmschen Verluste gering zu halten, wählt man die für die Wicklung verwendeten Drähte möglichst dick. Um hohe Induktivitäten für gleichsinnige Störströme zu erreichen, erfolgt die Wicklung in der Regel auf einem ringförmigen Magnetkern, der aber wegen verschiedenster Einbaubedingungen möglichst klein sein sollte. Dabei sollte die einzelne Wicklung aber zugleich möglichst viele Windungen umfassen. Wesentlich ist weiterhin die galvanische Trennung zwischen den Wicklungen. Es muss also verhindert werden, dass sich Drähte der einzelnen Wicklungen, deren Windungen sämtlich durch das Innenloch des ringförmigen Magnetkerns geführt werden müssen, berühren.
  • Diese Randbedingungen erzwingen im Regelfall die Bewicklung stromkompensierter Drosseln von Hand oder unter Verwendung handbetriebener mechanischer Zugeinrichtungen und ähnlicher mechanischer Hilfsmittel, z.B. von Häkelnadeln. Mit einer derartigen manuellen Wickeltechnik ist es aber praktisch unmöglich, exakt symmetrische Wicklungen zu erreichen. In der Regel kommt es trotz des hohen Herstellungsaufwandes zu Überkreuzungen zwischen den Drähten einzelner Windungen und Ungenauigkeiten in der Führung der Drähte.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Symmetrie der Wicklungen bei einer stromkompensierten Drossel zu verbessern ohne den Aufwand zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine stromkompensierte Drossel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer stromkompensierten Drossel mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
  • Eine erfindungsgemäße stromkompensierte Drossel weist einen Ringkern und eine gerade Anzahl, mindestens jedoch zwei jeweils aus derselben Anzahl von Windungen bestehenden Wicklungen auf, wobei ferner im Inneren des Ringkerns ein nicht leitender Körper mit paarweise spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse des Ringkerns ausgeführten Löchern angeordnet ist. Dabei ist durch jedes Loch zumindest einiger der Paare symmetrischer Löcher jeweils eine Windung geführt, und durch die beiden zu einem Paar gehörenden Löcher sind einander entsprechende Windungen einander zugeordneter Wicklungen geführt sind.
  • Der Ringkern dient dabei als Trägerstruktur, auf die die Wicklungen direkt oder indirekt aufgebracht sind.
  • Unter einander zugeordneten Wicklungen sind dabei die Wicklungen zu verstehen, deren Magnetfelder sich, wenn die Wicklungen mit dem Arbeitsstrom durchflossen werden, jeweils kompensieren sollen, die also im Idealfall zueinander völlig symmetrisch aufgebaut sind. Diese Symmetrie legt auch fest, welche Windungen der Wicklungen einander entsprechen; in der Regel wird sich diese Entsprechnung aber auch durch gleichsinniges Abzählen der Windungen einander entsprechender Wicklungen bestimmen lassen. Bei symmetrischen Wicklungen mit N Windungen werden dabei die Windungen, die dieselbe Ordnungszahl n mit 1≤n≤N beim Abzählen zugewiesen erhalten, einander entsprechen.
  • Es ist also erfindungsgemäß vorgesehen, den Verlauf der einzelnen Windungen jeweils exakt vorzugeben, indem ihr Anfangs- und Endpunkt definiert festgelegt werden. Durch das Festziehen der einzelnen Windungen im Verlauf des Herstellungsprozesses wird dann die kürzeste unter Berücksich-tigung der geometrischen Randbedingungen mögliche Verbindung hergestellt. Bei paarweise symmetrischer Anordnung der Löcher und Vorgabe gleicher geometrischer Randbedingungen für diese Lochpaare, insbesondere durch die Geometrie des Ringkerns und die geometrische Ausgestaltung des nicht leitenden Körpers, wird dadurch die exakte Symmetrie der einzelnen einander zugeordneten Windungen der einander kompensierenden Wicklungen und somit der gesamten Wicklungen garantiert. Insbesondere ist ein ungewolltes Überkreuzen von Wicklungen ausgeschlossen.
  • Eine besonders einfache Ausgestaltung des nicht leitenden Körpers ist eine im Innenraum des Ringkerns, also bei kleineren Radien als dem Innenradius des Ringkerns, angeordnete Scheibe ist, deren Kreisflächen parallel zur Richtung, in der sich ein Innenradiusvektor des Ringkerns erstreckt, verlaufen.
  • Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn der Ringkern von einem mindestens aus zwei Teilen zusammengesetzten Kunststoffkörper umschlossen ist. Durch diese Maßnahme lässt sich auf einfache Weise eine verbesserte Stabilität des dann durch Ringkern und Kunststoffkörper gebildeten Drosselkörpers gegenüber den gerade bei Verwendung dicker Drähte für die Wicklungen bei der Herstellung der Drossel eingesetzten hohen Zugkräften erzielen. Ferner wird dadurch der Einfluss von Umgebungseinflüssen auf den Ringkern reduziert.
  • In diesem Fall ist eine besonders einfache Montage der stromkompensierten Drossel möglich, wenn der nicht leitende Körper mit einem der Teile des zusammengesetzten Kunststoffkörpers verbunden ist oder Bestandteil eines der Teile des zusammengesetzten Kunststoffkörpers ist. Eine einfach herzustellende Ausgestaltung des Kunststoffkörpers liegt insbesondere in einer Ausgestaltung als zwei ringförmige Halbschalen, die den Ringkern aufnehmen bzw. umschließen.
  • Der Ringkern wird besonders effektiv vor Umgebungseinflüssen, die bei lokaler Wechselwirkung mit Teilen des Ringkerns an den betroffenen Stellen dessen magnetische Eigenschaften ändern und damit die Funktion der stromkompensierten Drossel beeinträchtigen könnten, wenn die zwei Halbschalen des Kunststoffkörpers derart überlappen, dass sie im inneren und äußeren Umfang formschlüssig geführt sind.
  • Je nach Anwendung kann es vorteilhaft sein, wenn die Halbschalen des Kunststoffkörpers mit einer Ultraschallschweißnaht miteinander verbunden sind, was zu optimaler Abdichtung führt, wenn die Halbschalen des Kunststoffkörpers mittels beidseitig aufgebrachter Gewinde miteinander verschraubbar sind, was ein nachträgliches Öffnen des Kunststoffkörpers erlaubt, oder wenn die zwei Halbschalen des Kunststoffkörpers durch einen Rastmechanismus miteinander verbunden sind, was eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung mit sich bringt.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind auf der Oberfläche des Kunststoffkörpers Führungselemente zur Führung und Trennung der Windungen angeordnet und/oder in die Oberfläche des Kunststoffkörpers Führungselemente eingebracht. Dadurch wird es möglich, die geometrischen Randbedingungen und somit den Verlauf der Windungen nach Wunsch zu beeinflussen, während ohne derartige Führungselemente stets die kürzeste Verbindung auf der Oberfläche des Drosselkörpers zwischen der Ausgangsseite des Loches, an der die fragliche Windung beginnt und der Eingangsseite des Loches, an der sie endet, den Verlauf der Windung bestimmt. Die Führungselemente können insbesondere als Grate, Nuten oder eine Kombination von Graten und Nuten realisiert werden.
  • Bevorzugtes Material für den Kunststoffkörper ist ein hochtemperaturbeständigen Kunststoff, insbesondere Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyphenylensulfid (PPS).
  • Besonders einfach wird die Herstellung der stromkompensierten Drossel, wenn die Löcher in dem nicht leitenden Körper in mindestens einer Richtung eine sich von der Oberfläche des nicht leitenden Körpers aus in Erstreckungsrichtung des Loches konisch verjüngende Einführhilfe aufweisen.
  • Bevorzugtes Material für den Ringkern der stromkompensierten Drossel ist wegen der für die meisten Anwendungen vorteilhaften magnetischen Eigenschaften ein weichmagnetisches Band und insbesondere ein weichmagnetisches Band, das aus einer amporphen oder nanokristallinen Legierung besteht. Der Ringkern kann beispielsweise einen Außendurchmesser von mindestens 20 mm besitzen.
  • Als Material für die Wicklungen einer derartigen stromkompensierten Drossel hat sich insbesondere wegen seiner guten Leitungseigenschaften Kupferdraht bewährt, der vorzugsweise lackiert ist und/oder eine hochtemperaturbeständige Isolierung, insbesondere Polyesterimid (PEI) oder Polyimid (PI) besitzt. Um die in typischen Anwendungsfällen auftretenden Ströme verlustarm leiten zu können, kann der Kupferdraht einen Durchmesser von mehr als 2mm haben.
  • Zur Isolierung der Stromkompensierten Drossel nach außen kan insbesondere bei Verwendung von blankem Kupferdrahtdas Vorsehen einer isolierenden Beschichtung einer Dicke von zwischen 5 und 200µm (5 bis 50µm oder 50 bis 200µm) von Vorteil sein, die beispielsweise durch Aufsprühen oder Tauchbeschichtung bei der Herstellung der stromkompensierten Drossel erhalten werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer stromkompensierten Drossel, weist zumindest die Schritte
    1. a) Fixieren eines Ringkerns, der in seinem Inneren einen nicht leitenden Körper mit paarweise spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse des Ringkerns ausgeführte Löcher aufweist, wobei die auf der einen Seite der Symmetrieachse liegenden Löcher eine erste Gruppe und die auf der zweiten Seite der Symmetrieachse liegenden Löcher eine zweite Gruppe bilden,
    2. b) Führen eines Drahtabschnitts durch eines der Löcher einer der Gruppen,
    3. c) Führen mindestens eines der Enden des Drahtabschnittes in einer den Ringkern umschließenden Schlaufe durch ein weiteres Loch derselben Gruppe, wobei das erste Ende des Drahtabschnitts in entgegengesetzter Richtung durch Löcher geführt wird wie das zweite Ende und
    4. d) Wiederholen der Schritte b)und c)für die andere Gruppe mit einem weiteren Drahtabschnitt,
    wobei ferner entweder nach der Durchführung der Schritte c) und d) an jedem der Drahtabschnitte ein Zug ausgeübt wird oder nach Ausführung des Schritts c) an dem entsprechenden Drahtabschnitt ein Zug ausgeübt wird.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auf sichere und reproduzierbare Weise eine stromkompensierte Drossel hergestellt, bei der sichergestellt ist, dass diese nahezu identische, in sehr guter Näherung symmetrische Wicklungen aufweist, so dass die Verluste in der stromkompensierten Drossel auch und gerade bei Verwendung von hochfrequentem Arbeitsstrom signifikant verringert werden. Dies geschieht dadurch, dass bei Vorgabe der Löcher in dem nichtleitenden Körper, durch die eine gegebene Windung geführt wird, durch geometrische Zwangsbedingungen der Verlauf der Wicklung, den sie bei Zug am Draht einnimmt, eindeutig vorbestimmt ist. Eine symmetrische Anordnung der Löcher, durch die die Windungen der einen bzw. der anderen Wicklung geführt werden, führt bei identischen geometrischen Randbedingungen für die einzelnen Windungen, die durch den Ringkern und die Form des nichtleitenden Körpers sichergestellt werden, damit automatisch zu identischen Wicklungen, solange die gegebene Wicklung in beiden Fällen durch korrespondierende Lochpaare geführt sind. Insbesondere kann eine Überkreuzung von Windungen nur bewusst durch Wahl entsprechender Lochkombinationen für den Verlauf der einander kreuzenden Windungen herbeigeführt werden und ist andernfalls ausgeschlossen.
  • Sehr vorteilhaft ist die Verwendung eines beidseitigen Zuges, da bei diesem sichergestellt ist, dass alle Windungen, die dem Zug ausgesetzt werden, in etwa gleich stark gespannt werden. Dies ist insbesondere deshalb relevant, weil ein hinreichender Zug ausgeübt werden muss, um dem Windungsmaterial aller Windungen den durch die geometrischen Zwangsbedingungen vorgegebenen Verlauf aufzuprägen. Bei sehr inhomogener Spannung an den einzelnen Windungen bedeutet dies, dass eine deutlich höhere Belastung als der hinreichende Zug an einigen Stellen des Ringkörpers auftritt, was zu dessen Bruch an den fraglichen Stellen führen kann.
  • Ein Verfahren mit besonders wenigen Schritten erhält man, wenn der Zug ausgeübt wird, nachdem der Drahtabschnitt durch alle zu einer Gruppe gehörenden Löcher oder durch alle zu beiden Gruppen gehörenden Löcher geführt wurde. Allerdings sind dafür hohe Zugkräfte notwendig.
  • Will man die benötigten Zugkräfte minimieren, was besonders bei Verwendung sehr dicker Drähte als Material für die Wicklungen der Fall ist, ist es vorteilhaft, wenn der Zug jedesmal ausgeübt wird, wenn der Drahtabschnitt durch ein weiteres Loch geführt wurde.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, gleiche Bauteile, soweit nichts anderes erwähnt ist, in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigt:
    • Figur 1
    einen Drosselkörper einer erfindungsgemäßen stromkompensierten Drossel in Frontalansicht,
    Figur 2
    einen Schnitt durch den Drosselkörper aus Figur 1 entlang der Schnittlinie A-A,
    Figur 3
    einen Schnitt durch den Drosselkörper aus Figur 1 entlang der Schnittlinie B-B und
    Figur 4
    den mit Wicklungen versehenen Drosselkörper aus Figur 1 in Frontalansicht.
  • Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Drosselkörper 10, also die unbewickelte Drossel, in Frontalansicht. Es ist eine erste Halbschale 11 eines Kunststoffkörpers gezeigt, die Grate 12 und Vertiefungen 13 aufweist. Mit der Halbschale 11 ist ein als Scheibe ausgeführter nichtleitender Körper 14 einstückig verbunden, dessen sichtbare obere Kreisfläche parallel zu einem nicht dargestellten Innenradiusvektor eines in Figur 1 durch die erste Halbschale 11 verdeckten, aber in Figuren 2 und 3 erkennbaren Ringkerns 23 verläuft. Der nichtleitende Körper 14 wird von Löchern 15.1,15.2,15.3,15.4,15.5 und 15.6 in Blickrichtung durchsetzt. Die Löcher 15.1 bis 15.3 bilden eine erste Gruppe von Löchern, die Löcher 15.4 bis 15.6 eine zweite Gruppe von Löchern, die zur ersten Gruppen von Löchern 15.1 bis 15.3 symmetrisch bezüglich der Symmetrieachse A-A angeordnet sind. Dabei sind die Löcher 15.1 und 15.4, 15.2 und 15.5 und 15.3 und 15.6 jeweils paarweise symmetrisch zueinander bzw. bilden Paare von symmetrischen Löchern. Außer der Symmetrieachse A-A ist noch eine Schnittachse B-B dargestellt, die den in Figur 3 dargestellten Schnitt verdeutlicht.
  • Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Drosselkörper 10 aus Figur 1 entlang der Symmetrieachse A-A. Es ist wiederum die erste Halbschale 11 gezeigt, deren Schnittfläche hier durch Schraffur von links oben nach rechts unten erkennbar ist, sowie die Grate 12 der ersten Halbschale sowie die einstückig mit der ersten Halbschale 11 und als Scheibe ausgeführte und daher ebenso schraffierte nichtleitende Körper 14. Ferner ist gezeigt eine zweite Halbschale 21, deren Schnittfläche hier durch Schraffur von rechts oben nach links unten dargestellt ist, und Graten 22 aufweist. Erste und zweite Halbschale 21,22 umschließen den Ringkern 23, und zwar derart, dass sie am inneren Umfang 24 und am äußeren Umfang 25 jeweils formschlüssig geführt sind.
  • Figur 3 zeigt einen Schnitt durch den Drosselkörper 10 aus Figur 1 entlang der Symmetrieachse B-B. Es ist zu erkennen wie in Figur 2 die erste Halbschale 11, deren Schnittfläche auch hier durch Schraffur von links oben nach rechts unten dargestellt ist, sowie der einstückig mit der ersten Halbschale 11 als Scheibe ausgeführte und daher ebenso schraffierte nichtleitende Körper 14 und die zweite Halbschale 21, deren Schnittfläche hier durch Schraffur von rechts oben nach links unten dargestellt ist. Erste und zweite Halbschale 21,22 umschließen den Ringkern 23 derart, dass sie am inneren Umfang 24 und am äußeren Umfang 25 jeweils formschlüssig geführt sind. Zusätzlich sind in Figur 3 auch die Löcher 15.2 und 15.5 zu erkennen, den als Scheibe ausgeführten nichtleitenden Körper 14 durchsetzen. An Eingang und Ausgang der Löcher weisen diese jeweils sich von der Oberfläche des nichtleitenden Körpers 14 aus in Erstreckungsrichtung des Loches konisch verjüngende Einführhilfen 31,32,33,34 auf.
  • Anhand der Figuren 1 bis 3 wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert. Zunächst wird ein Drosselkörper 10, wie er in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist, und damit der in diesem enthaltene Ringkern 23 fixiert. Dann wird ein Drahtabschnitt entgegen der Blickrichtung der Figur 1 durch das Loch 15.2 geführt. Der Einführvorgang wird dabei durch die Einführhilfe 31 erleichtert. Das aus dem Loch 15.2 in der Darstellung der Figur 1 entgegen der Blickrichtung austretende Ende des Drahtabschnitts wird dann in einer den Ringkern umschließenden Schlaufe, somit von der in Figur 1 nicht sichtbaren Seite des nichtleitenden Körpers 14 her durch das Loch 15.1 hindurchgeführt. Das aus dem Loch 15.2 in der Darstellung der Figur 1 in Blickrichtung austretende Ende des Drahtabschnitts wird in einer den Ringkern umschließenden Schlaufe, somit von der in Figur 1 sichtbaren Seite des nichtleitenden Körpers 14 her, durch das Loch 15.3 hindurchgeführt. Wird nun ein beidseitiger Zug auf den Drahtabschnitt ausgeübt, legen sich die Schlaufen, geführt durch die Grate 12 und Vertiefungen 13, als Windungen einer Wicklung um den Spulenkörper.
  • Anschließend wird ein zweiter Drahtabschnitt entgegen der Blickrichtung der Figur 1 durch das Loch 15.5 geführt. Der Einführvorgang wird dabei durch die Einführhilfe 33 erleichtert. Das aus dem Loch 15.5 in der Darstellung der Figur 1 entgegen der Blickrichtung austretende Ende des Drahtabschnitts wird dann in einer den Ringkern umschließenden Schlaufe, somit von der in Figur 1 nicht sichtbaren Seite des nichtleitenden Körpers 14 her durch das Loch 15.4 hindurchgeführt. Das aus dem Loch 15.5 in der Darstellung der Figur 1 in Blickrichtung austretende Ende des Drahtabschnitts wird in einer den Ringkern umschließenden Schlaufe, somit von der in Figur 1 sichtbaren Seite des nichtleitenden Körpers 14 her, durch das Loch 15.6 hindurchgeführt. Wird nun ein beidseitiger Zug auf den Drahtabschnitt ausgeübt, legen sich die Schlaufen, geführt durch die Grate 12 und Vertiefungen 13, als Windungen einer Wicklung um den Spulenkörper. Die Wicklungen mit drei Windungen können somit jeweils durch einen einzigen Zugvorgang hergestellt werden.
  • Natürlich könnte auch ein einseitiger Zug ausgeübt werden, der Zug könnte bereits nach dem Legen einer einzigen Schlaufe ausgeübt werden, oder es könnte nach dem Legen der Schlaufen für beide Drahtabschnitte der Zug gleichzeitig oder nacheinander an diesen Drahtabschnitten ausgeübt werden.
  • Figur 4 zeigt den umwickelten Drosselkörper 10 aus Figur 1, also die fertiggestellte stromkompensierte Drossel 1 in verschiedenen Perspektive. Sichtbar sind die erste Halbschale 11 und der einstückig dazu ausgeführte nichtleitende Körper 14. Die Löcher 15.1 bis 15.6 des nichtleitenden Körpers 14 sind in Figur 4 nicht mehr zu erkennen, da sie durch Draht gefüllt sind. Man erkennt weiter die erste Wicklung 41 mit Windungen 42.1 und 42.2 sowie die zweite Wicklung 43 mit Windungen 44.1 und 44.2. Erste Wicklung 41 und zweite Wicklung 43 sind exakt symmetrisch zueinander aufgebaut, dasselbe gilt dementsprechend für die jeweils einander entsprechenden Windungen 42.1 und 44.1 bzw. 42.2 und 44.2.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    stromkompensierte Drossel
    10
    Drosselkörper
    11
    erste Halbschale
    12
    Grat
    13
    Vertiefung
    14
    nicht leitender Körper
    15.1-15.6
    Löcher
    21
    zweite Halbschale
    22
    Grat
    23
    Ringkern
    24
    innerer Umfang
    25
    äußerer Umfang
    31,32,33,34
    Einführhilfe
    41
    erste Wicklung
    42.1, 42.2
    Windung
    43
    zweite Wicklung
    44.1, 44.2
    Windung
    A-A
    Symmetrieachse (und auch Schnittachse)
    B-B
    Schnittachse

Claims (15)

  1. Stromkompensierte Drossel (1) mit einem Ringkern (23) und mindestens zwei jeweils aus derselben Anzahl von Windungen (42.1, 42.2, 44.1, 44.2) bestehenden Wicklungen (41, 43),
    dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Ringkerns (23) ein nicht leitender Körper (14) mit paarweise spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse (A-A) des Ringkerns ausgeführten Löchern (15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.6) angeordnet ist, wobei durch jedes Loch zumindest einiger der Paare symmetrischer Löcher (15.1, 15.4; 15.2, 15.5; 15.3, 15.6) jeweils eine Windung (42.1, 42.2, 44.1, 44.2) geführt ist, und durch die beiden zu einem Paar gehörenden Löcher (15.1, 15.4; 15.2, 15.5; 15.3, 15.6) einander entsprechende Windungen (42.1, 44.1; 42.2, 44.2) unterschiedlicher Wicklungen (41, 43) geführt sind.
  2. Stromkompensierte Drossel (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der nicht leitende Körper (14) eine im Innenraum des Ringkerns angeordnete Scheibe ist, deren Kreisflächen parallel zu einer Richtung, in der sich ein Innenradiusvektor des Ringkerns (23) erstreckt, verlaufen.
  3. Stromkompensierte Drossel (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkern (23) von einem mindestens aus zwei Teilen zusammengesetzten Kunststoffkörper umschlossen ist.
  4. Stromkompensierte Drossel (1) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der nicht leitende Körper (14) mit einem der Teile des zusammengesetzten Kunststoffkörpers verbunden ist oder Bestandteil eines der Teile des zusammengesetzten Kunststoffkörpers ist.
  5. Stromkompensierte Drossel (1) nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper aus zwei Halbschalen (11, 21) besteht.
  6. Stromkompensierte Drossel nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Halbschalen (11, 21) des Kunststoffkörpers derart überlappen, dass sie im inneren und äußeren Umfang (24, 25) formschlüssig geführt sind.
  7. Stromkompensierte Drossel (1) nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Halbschalen (11, 21) des Kunststoffkörpers mit einer Ultraschallschweißnaht oder mittels beidseitig aufgebrachter Gewinde durch einen Rastmechanismus miteinander verbunden sind.
  8. Stromkompensierte Drossel (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Kunststoffkörpers Führungselemente zur Führung und Trennung der Windungen angeordnet und/oder in die Oberfläche des Kunststoffkörpers Führungselemente eingebracht sind.
  9. Stromkompensierte Drossel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.6) in dem nicht leitenden Körper (14) in mindestens einer Richtung eine sich von der Oberfläche des nicht leitenden Körpers (14) aus in Erstreckungsrichtung des Loches (15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.6) konisch verjüngende Einführhilfe (31, 32, 33, 34) aufweisen.
  10. Stromkompensierte Drossel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkern (23) ein weichmagnetisches Band (23) aus einer amorphen oder nanokristallinen Legierung aufweist.
  11. Stromkompensierte Drossel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (41, 43) Draht mit einem Durchmesser von mehr als 2mm aufweisen.
  12. Verfahren zur Herstellung einer stromkompensierten Drossel (1), umfassend die Schritte
    a)Fixieren eines Ringkerns (23), der in seinem Inneren einen nicht leitenden Körper (14) mit paarweise spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieachse (A-A) des Ringkerns (23) ausgeführte Löcher (15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.6) aufweist, wobei die auf der einen Seite der Symmetrieachse (A-A) liegenden Löcher (15.1, 15.2, 15.3) eine erste Gruppe und die auf der zweiten Seite der Symmetrieachse liegenden Löcher (15.4, 15.5, 15.6) eine zweite Gruppe bilden,
    b)Führen eines Drahtabschnitts durch eines der Löcher (15.1, 15.2, 15.3 oder 15.4, 15.5, 15.6) einer der Gruppen
    c)Führen mindestens eines der Enden des Drahtabschnittes in einer den Ringkern (23)umschließenden Schlaufe durch ein weiteres Loch (15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.6) derselben Gruppe, wobei das erste Ende des Drahtabschnitts in entgegengesetzter Richtung durch Löcher (15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.6) geführt wird wie das zweite Ende
    d)Wiederholen der Schritte b)und c)für die andere Gruppe mit einem weiteren Drahtabschnitt,
    wobei entweder nach der Durchführung der Schritte c) und d) an jedem der Drahtabschnitte ein Zug ausgeübt wird oder nach Ausführung des Schritts c) an dem entsprechenden Drahtabschnitt ein Zug ausgeübt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein beidseitiger Zug ausgeübt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zug ausgeübt wird, nachdem der Drahtabschnitt durch alle zu einer Gruppe gehörenden Löcher (15.1, 15.2, 15.3 oder 15.4, 15.5, 15.6) oder durch alle zu beiden Gruppen gehörenden Löcher (15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.6) geführt wurde.
  15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Zug jedesmal ausgeübt wird, wenn der Drahtabschnitt durch ein weiteres Loch (15.1, 15.2, 15.3, 15.4, 15.5, 15.6) geführt wurde.
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