EP2238601A1 - Drossel und verfahren zum herstellen einer drosselkerneinheit für eine drossel - Google Patents

Drossel und verfahren zum herstellen einer drosselkerneinheit für eine drossel

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EP2238601A1
EP2238601A1 EP08871883A EP08871883A EP2238601A1 EP 2238601 A1 EP2238601 A1 EP 2238601A1 EP 08871883 A EP08871883 A EP 08871883A EP 08871883 A EP08871883 A EP 08871883A EP 2238601 A1 EP2238601 A1 EP 2238601A1
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EP
European Patent Office
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throttle
core
thermal expansion
air gap
filling material
Prior art date
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Friedrich Witzani
Andreas Huber
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Osram GmbH
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Osram GmbH
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    • H01F27/26—Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor

Definitions

  • the invention relates to a throttle specified in the preamble of claim 1 and a method of the type specified in the preamble of claim 8 for producing a reactor core unit for a throttle.
  • Such a throttle is known in the art as an induct ⁇ tive component of electrical engineering and is used in particular for storing and Wiederabbie of electrical energy.
  • the throttle this comprises an electrical conductor ⁇ rule for generating a magnetic field and at least one, in the region of the electrical conductor is arrange ⁇ te reactor core unit, which in turn includes a throttle ⁇ core of a magnetizable material.
  • the inductor core comprises at least one air gap through which a magnetic saturation of the Dros ⁇ selkerns occurs only at much higher field strengths and excessive heating when operating the reactor is avoided with alternating current.
  • a filling material is introduced at least in a part of the air gap, whereby undesired sound emissions during operation of the reactor as well as changes in the gap width should be avoided so ⁇ well.
  • This serve as a filler üb ⁇ SHORT- organic adhesives or silicones, moving next introduced into the air gap and then cured in this.
  • a disadvantage here is the fact that the temperature changes during the operation of such throttles result in the formation of cracks in the filling material of the gap of the reactor core unit or in the magnetizable material of the reactor core, which subsequently results in a significant amplification of the sound emissions in humans Frequency range and a reduction in the mechanical stability of the reactor core unit entails. This significantly reduces the operating life of the low-noise throttle.
  • Object of the present invention is therefore to provide a throttle, which allows an increased operating time with low acoustic emission.
  • a throttle which permits increased operating time with nied ⁇ engined acoustic emission
  • the invention DA in that the filling material of the air gap of the reactor core is formed to have a thermal expansion coefficient whose value is in a range of ⁇ 70% of the value of the coefficient of thermal expansion of the magnetizable material constituting the reactor core.
  • the aid of a filling material according to the invention both the cracking in the air gap of the reactor core unit of the throttle and in the magnetizable material of Throttle core itself reliably prevented.
  • the filling material is formed such that it has a thermal expansion coefficient whose value is in a range of ⁇ 50% and / or in a range of ⁇ 40% and / or in a range of ⁇ 25 % and / or in a range of ⁇ 10% of the value of the coefficient of thermal expansion of the magnetizable material lies, from which the choke core consists.
  • the ER is höht compared to that of the magnetizable material of reactor core between 10% and 50%, a specific mechanical bias of the reactor core can with increasing temperature advantageously generated , whereby the mechanical vibration capability of the reactor core unit and thus the resulting noise ⁇ emissions are additionally reduced.
  • the material of choice for the choke core is at least one type of ferrite and / or an iron powder and / or a molypermalloy powder and / or a nanocrystalline magnetic material. With these materials, a flexible and opti ⁇ times be adapted to the respective purpose Ausgestal- is below the reactor core or inductor core unit in consideration of the manufacturing cost and required parameters, allows inductance permeability and saturation flux density ⁇ .
  • the throttle can therefore example ⁇ as a resonance, or Tiefsteller- lamp ballast Electronic ballasts are running.
  • the electrical conductor is wound on ei ⁇ nen bobbin, preferably multiple ge ⁇ wound.
  • the inductance of the inductor by varying the number of turns of the electrical conductor easy and cost-effectively adapted to the respective application.
  • the filler comprises an inorganic binder.
  • ze ⁇ mente, oxides or gels can be used as an inorganic binder.
  • Such binding ⁇ agents are particularly cost-effective and have übli ⁇ chgue thermal expansion coefficients whose values are in the desired range for the invention of the throttle nuclear materials.
  • they are resistant to room under normal conditions and water, acid and oxidation resistant, whereby a correspondingly high Le ⁇ life of the throttle is guaranteed.
  • they have the advantage of HO- hen flowability, which leads to a facilitated introduction of the filling material in the air gap as well as high Homoge ⁇ nity and a high dimensional accuracy of the reactor core in the uncured state. Due to the achievable hardness of the filling material also mechanical or acoustic vibrations of the throttle or the throttle core are reliably prevented.
  • the inorganic binder comprises at least one type of water-hardened cement.
  • the ⁇ ser by adding water in paste form Particularly simply be introduced into the air gap and am ⁇ det then independently to air. In this way, the throttle can be set forth ⁇ particularly simple and inexpensive.
  • Such a filling material also offers the advantages of odorlessness, a high temperature and thermal shock resistance, a low toxicity and a chemical stability to oils, Solvents and most organic and inorganic acids.
  • the cement is a silicate, preferably zirconium silicate and / or sodium silicate and / or Kalziumsi ⁇ likat, and / or an oxide, preferably silica and / or magnesium oxide and / or alumina and / or iron oxide and / or calcium oxide, and / or a hydroxide, preferably calcium hydroxide, and / or a sulfate, preferably calcium sulfate, and / or a phosphate, preferably magnesium phosphate.
  • the mechanical and chemical properties of the cement can be optimally adapted to the manufacturing and operating conditions of the reactor.
  • a method for manufacturing a reactor core unit for a throttle in which provided a reactor core of a magnetizable material with at least one air gap, and a fill material for mechanical stabilization, at least in a part of the air gap introduced will ⁇ introduced, wherein according to the invention it is provided that a filler material is selected which has a linear thermal expansion coefficient whose value is in a range of ⁇ 70% of the value of the coefficient of thermal expansion of the magnetizable material of which the reactor core is made.
  • the crack ⁇ formation is reliably prevented in the air gap of the inductor core unit of the reactor or in the magnetizable material of reactor core, since the operating temperature fluctuations arising thereby the throttle especially on prolonged loading to a comparable temperature-dependent Expansion behavior of the inductor core or the gap and the filler lead.
  • This causes no cracks or mechanical damage to occur and the service life of the throttle core unit or provided with this throttle is considerably extended.
  • it is additionally ensured that no disturbing noise emissions at frequencies audible by humans occur during the operation of the throttle.
  • the inductor core unit can be particularly quick to be a ⁇ times and inexpensively manufactured by the cement initially with a predetermined amount of water are mixed and is then introduced into the air gap. Due to the good flow properties and metering bility of the filling material, the air gap without additional processing steps ⁇ Liche is filled homogeneously, thereby a particularly high mechanical strength is achieved. The subsequent setting of the cement takes place in air. It can also be provided that the Gremate ⁇ rial is pressed after insertion into the air gap in this. In this way, an at least approximately complete filling of the air gap and a correspondingly high mechanical strength and load capacity of the throttle core unit are ensured.
  • a further increase in the mechanical load capacity of the reactor core unit is achieved in a further embodiment in that it is ensured during introduction of the filler or after further processing steps that a frictional connection between the inductor core and a bobbin of the throttle is produced. This can be followed at ⁇ play as replaced by pressing the filler into the air gap or by compressing the reactor core. Excess filling material swells here gege ⁇ appropriate, over and can be easily removed.
  • FIG. 1 is a side sectional view of an embodiment ⁇ example of a reactor core unit for a Dros ⁇ sel;
  • Fig. 2 spectra for the excitation frequency dependent oscillations of two chokes; and Fig. 3 is an enlarged view of the region III shown in Fig. 2.
  • Fig. 1 shows a side sectional view of a throttle ⁇ core unit 10, as it can be used for a throttle.
  • the reactor core unit 10 comprises a reactor core 12 which consists of two throttle core parts 12a, 12b which are E-shaped in cross-section.
  • the inductor core parts 12a, 12b are arranged around a coil body 14 of double T-shaped cross-section, which in turn serves to increase inductance of the inductor when it is wound several times with an electrical conductor (not shown).
  • an air gap 16 Between the throttle core parts 12a, 12b and the bobbin 14 there is an air gap 16, which has different gap thicknesses in different sections 16a-c.
  • a filling material is in the portion 16b of the air gap 16, which forms a ⁇ telpfad With the throttle 18 is introduced ⁇ .
  • the choke core 12 is made in the present embodiment of a ferrite and thus has a thermal expansion coefficient ⁇ D , whose value is approximately in the range between ll * 10 ⁇ 6 / K and 12 * 10 ⁇ 6 / K.
  • the filler 18 is formed such that there is a Thermal expansion coefficient ⁇ F has, whose value lies in a range of ⁇ 70% of the value of ⁇ bathausdehnungsko efficient ⁇ D of the material of the reactor core 12th In this way, it is ensured that during the operation of the throttle or the throttle core unit 10 alstre ⁇ tende temperature fluctuations to comparable dimensional changes of the throttle core 12 and the air gap 16 on the one hand and the filling material 18 on the other hand loom ⁇ ren. This will cracking and a associated noise generation avoided.
  • the filling material 18 may include water-curable cement such as a zirconium-based, which has a thermal expansion coefficient ⁇ F having a value of about 4.7 * 10 "6 / K.
  • This filler material 18 has a high e- lectrical insulation, a high resistant ⁇ ness to thermal shock, high Temperaturbe ⁇ permanence and high chemical resistance and is due to its odorless and low To- xiztician easy to handle.
  • most inorganic and silicate-based cements are suitable as a filling material 18, as they usually heat from ⁇ expansion coefficients ⁇ F 10 ⁇ have 6 / K with values between about 4.0 * 10 "6 / K and 18.0 *.
  • a chemically bonding cement which comprises magnesium oxide, zirconium silicate and magnesium phosphate can be used as filling material 18.
  • a filler material 18 also has a coefficient of thermal expansion ⁇ F with a value of approximately 4.7 ⁇ 10 -6 / K.
  • filling material 18 is a chemically setting cement which is based on quartz and sodium silicate. This filling material 18 possesses, depending on the concrete embodiment, a coefficient of thermal expansion ⁇ F with values between about 7.5 * 1CT 6 / K and 17.5 * 1CT 6 / K and is particularly acid-resistant.
  • filling materials comprising epoxy resins 18 heat ⁇ expansion coefficient ⁇ F with values of about 6O * 1CT 6 / K, which is due to thermal stress quickly cracking and unwanted noise emissions.
  • the filling material consists of a mixture of 75% by weight of a zirconium cement
  • sand e.g., grade 1 [A7-1] sand.
  • a filler 18 which has a sauceausdehnungskoeffizien- th value ⁇ F which is increased compared to varnishausdeh ⁇ expansion coefficient value ⁇ D of the magnetizable material of reactor core 12 between 10% and 50% may be provided.
  • This can zen Vietnameseausdehnungskostory- with corresponding values ⁇ s, for example, by appropriate selection of Guma ⁇ terials 18 or by incorporation of additional substandard for filling material 18 be obtained. Due to the higher temperature at the central portion 16b against the lateral portions 16a, 16c of the air gap 16, the filling material 18 expands by more than the magnetizable material of reactor core 12 äquiva ⁇ -equivalent length.
  • the curing takes place in three stages, in the first stage is precured at room temperature between 10h and 30h, then cured for about 3h at 5O 0 C and finally at 7O 0 C for a further about 3h.
  • the inductor core unit 10 Final Lacquered ⁇ the can then.
  • FIG. 2 shows two spectra, namely, first, a spectral curve 20a representing the magnitude of the mechanical oscillation as a function of the excitation frequency f, in the case of a choke without filling material 18 known from the prior art.
  • FIG. 2 shows a spectral curve 20b, which shows the magnitude of the mechanical oscillation as a function of the excitation frequency f, in a throttle, which is provided with the reactor core unit 10 shown in FIG.
  • the wound around the bobbin 14 electrical conductor is operated in both cases with a sinusoidal excitation current with excitation frequencies f between 10 kHz and 30 kHz.
  • Fig. 3 shows for further clarification of this fact, an enlarged view of that shown in Fig. 2 Dia ⁇ program region III at excitation frequencies f between 27 kHz and 30 kHz.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drossel mit einem elektrischen Leiter zum Erzeugen eines Magnetfelds und mit zumindest einer, im Bereich des Leiters angeordneten Drosselkerneinheit (10), welche einen Drosselkern (12) aus einem magnetisierbaren Material sowie wenigstens einen Luftspalt (16) umfasst, wobei zur mechanischen Stabilisierung ein Füllmaterial (18) zumindest in einen Teil des Luftspalts (16) eingebracht ist, wobei das Füllmaterial (18) derart ausgebildet ist, dass es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (aF) besitzt, dessen Wert in einem Bereich von ±70% des Werts des Wärmeausdehnungskoeffizienten (aD) des magnetisierbaren Materials liegt, aus dem der Drosselkern (12) besteht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Drosselkerneinheit (10) für eine Drossel.

Description

Be s ehre ibung
Drossel und Verfahren zum Herstellen einer Drosselkerneinheit für eine Drossel
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Drossel der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 8 angegebenen Art zum Herstellen einer Drosselkerneinheit für eine Drossel.
Stand der Technik
Eine derartige Drossel ist dem Fachmann dabei als induk¬ tives Bauelement der Elektrotechnik bekannt und dient insbesondere zum Speichern und Wiederabgeben von elektri- scher Energie. Die Drossel umfasst hierzu einen elektri¬ schen Leiter zum Erzeugen eines Magnetfelds sowie zumindest eine, im Bereich des elektrischen Leiters angeordne¬ te Drosselkerneinheit, welche ihrerseits einen Drossel¬ kern aus einem magnetisierbaren Material umfasst. Um eine nicht zu hohe magnetische Flussdichte des Drosselkerns zu erhalten, umfasst der Drosselkern wenigstens einen Luftspalt, durch welchen eine magnetische Sättigung des Dros¬ selkerns erst bei wesentlich höheren Feldstärken eintritt und eine übermäßige Erwärmung beim Betreiben der Drossel mit Wechselstrom vermieden wird. Zur mechanischen Stabilisierung des Drosselkerns ist zumindest in einen Teil des Luftspalts ein Füllmaterial eingebracht, wodurch so¬ wohl unerwünschte Schallemissionen während des Betriebs der Drossel als auch Veränderungen der Spaltbreite ver- mieden werden sollen. Als Füllmaterial dienen hierzu üb¬ licherweise organische Klebstoffe oder Silikone, die zu- nächst in den Luftspalt eingebracht und anschließend in diesem ausgehärtet werden.
Als nachteilig ist dabei der Umstand anzusehen, dass es durch die Temperaturänderungen während des Betriebs der- artiger Drosseln zu Rissbildungen im Füllmaterial des Spalts der Drosselkerneinheit bzw. im magnetisierbaren Material des Drosselkerns kommt, was in weiterer Folge eine deutliche Verstärkung der Schallemissionen im für Menschen hörbaren Frequenzbereich sowie eine Verringerung der mechanischen Stabilität der Drosselkerneinheit nach sich zieht. Dies verringert die Betriebsdauer der Drossel mit niedriger Schallemission erheblich.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Drossel zu schaffen, welche eine erhöhte Betriebsdauer mit niedriger Schallemission ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Drossel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Ver¬ fahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 zum Herstellen einer Drosselkerneinheit für eine Drossel gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbil¬ dungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Drossel als durch eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens bereitgestellt anzusehen sind und umgekehrt vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens eine vorteil¬ hafte Ausgestaltung der Drossel zur Folge haben.
Eine Drossel, welche eine erhöhte Betriebsdauer mit nied¬ riger Schallemission ermöglicht, ist erfindungsgemäß da- durch geschaffen, dass das Füllmaterial des Luftspalts des Drosselkerns derart ausgebildet ist, dass es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, dessen Wert in einem Bereich von ±70% des Werts des Wärmeausdehnungskoef- fizienten des magnetisierbaren Materials liegt, aus dem der Drosselkern besteht. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei welchem Füllmaterialien mit fünf- bis zehnfach höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten-Werten als desjenigen des Drosselkern-Materials verwendet werden, wird mit Hilfe eines erfindungsgemäß ausgebildeten Füllmaterials sowohl die Rissbildung im Luftspalt der Drosselkerneinheit der Drossel als auch im magnetisierbaren Material des Drosselkerns selbst zuverlässig verhindert. Die bei längerem Betrieb der Drossel entstehenden Temperatur- Schwankungen führen nunmehr zu einem vergleichbaren temperaturabhängigen Ausdehnungsverhalten des Drosselkerns bzw. seines Spalts einerseits und des Füllmaterials ande¬ rerseits, so dass keine Risse oder mechanischen Schäden auftreten und die Betriebs- und Lebensdauer der Drossel erheblich verlängert wird. Neben den hierdurch erzielba¬ ren Kostenvorteilen wird zusätzlich sichergestellt, dass es im Laufe des Betriebs der Drossel nicht zu störenden Schallemissionen bei von Menschen hörbaren Frequenzen kommt .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Füllmaterial derart ausgebildet ist, dass es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, dessen Wert in einem Bereich von ±50% und/oder in einem Bereich von ±40% und/oder in einem Bereich von ±25% und/oder in einem Bereich von ±10% des Werts des Wärmeausdehnungskoeffizienten des magnetisierbaren Materials liegt, aus dem der Drosselkern besteht. Durch ein derartig ausgebildetes Füllmaterial ist das temperaturabhängi¬ ge Ausdehnungsverhalten der Materialpaarung Füllmaterial- Drosselkern-Material weiter angeglichen, wodurch die Be- triebsdauer der Drossel mit niedriger Schallemission zusätzlich gesteigert wird. Mit Hilfe eines Füllmaterials, welches einen Wärmeausdehnungskoeffizienten-Wert auf¬ weist, der im Vergleich zu demjenigen des magnetisierba- ren Materials des Drosselkerns zwischen 10% und 50% er- höht ist, kann mit steigender Temperatur vorteilhaft eine gezielte mechanische Vorspannung des Drosselkerns erzeugt werden, wodurch die mechanische Schwingfähigkeit der Drosselkerneinheit und somit die resultierenden Schall¬ emissionen zusätzlich reduziert werden.
Material der Wahl für den Drosselkern ist zumindest eine Ferritart und/oder ein Eisenpulver und/oder ein Molyper- malloy-Pulver und/oder ein nanokristalliner Magnetwerkstoff. Mit diesen Materialien ist eine flexible und opti¬ mal an den jeweiligen Einsatzzweck anpassbare Ausgestal- tung des Drosselkerns bzw. der Drosselkerneinheit unter Berücksichtigung der Herstellungskosten und der geforderten Parameter Induktivität, Permeabilität und Sättigungs¬ flussdichte ermöglicht. Die Drossel kann somit beispiels¬ weise als Resonanz-, Tiefsteller- oder Lampendrossel für elektronische Vorschaltgeräte ausgeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrische Leiter auf ei¬ nen Spulenkörper gewickelt ist, vorzugsweise mehrfach ge¬ wunden. So kann die Induktivität der Drossel durch Vari- ierung der Windungszahl des elektrischen Leiters einfach und kostengünstig an den jeweiligen Einsatzzweck ange- passt werden.
Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, wenn das Füllmaterial ein anorganisches Bindemittel umfasst. Als anorganisches Bindemittel können beispielsweise Ze¬ mente, Oxide oder Gele verwendet werden. Derartige Binde¬ mittel sind besonders kostengünstig und besitzen übli¬ cherweise Wärmeausdehnungskoeffizienten, deren Werte im für die Erfindung gewünschten Bereich für die Drossel- kern-Materialien liegen. Darüber hinaus sind sie unter Normalbedingungen raumbeständig sowie wasser-, säure- und oxidationsbeständig, wodurch eine entsprechend hohe Le¬ bensdauer der Drossel garantiert ist. Weiterhin besitzen sie im nicht ausgehärteten Zustand den Vorteil einer ho- hen Fließfähigkeit, was zu einem erleichterten Einbringen des Füllmaterials in den Luftspalt sowie zu hoher Homoge¬ nität und hoher Maßgenauigkeit des Drosselkerns führt. Durch die erzielbare Härte des Füllmaterials werden zudem mechanische bzw. akustische Schwingungen der Drossel bzw. des Drosselkerns zuverlässig unterbunden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das anorganische Bindemittel zumindest eine Art wassergehärteten Zements umfasst. Die¬ ser kann durch Zugabe von Wasser in pastöser Form beson- ders einfach in den Luftspalt eingebracht werden und bin¬ det anschließend selbständig an Luft ab. Auf diese Weise kann die Drossel besonders einfach und kostengünstig her¬ gestellt werden. Ein derartiges Füllmaterial bietet zudem die Vorteile der Geruchlosigkeit , einer hohen Temperatur- und Temperaturwechselbeständigkeit, einer niedrigen Toxi- zität sowie einer chemischen Stabilität gegenüber Ölen, Lösungsmitteln und den meisten organischen und anorganischen Säuren.
Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, dass der Zement ein Silikat, vorzugsweise Zirkonsilikat und/oder Natriumsilikat und/oder Kalziumsi¬ likat, und/oder ein Oxid, vorzugsweise Siliziumdioxid und/oder Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Eisenoxid und/oder Kalziumoxid, und/oder ein Hydroxid, vorzugsweise Kalziumhydroxid, und/oder ein Sulfat, vor- zugsweise Kalziumsulfat, und/oder ein Phosphat umfasst, vorzugsweise Magnesiumphosphat. Bei Verwendung dieser Ma¬ terialien können die mechanischen und chemischen Eigenschaften des Zements optimal an die Herstellungs- und Einsatzbedingungen der Drossel angepasst werden.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Drosselkerneinheit für eine Drossel bereitgestellt, bei welchem ein Drosselkern aus einem magnetisierbaren Material mit wenigstens einem Luftspalt bereitgestellt und ein Füllmaterial zur mechanischen Sta- bilisierung zumindest in einen Teil des Luftspalts einge¬ bracht wird, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass ein Füllmaterial ausgewählt wird, welches einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, dessen Wert in einem Bereich von ±70% des Werts des Wärmeausdehnungskoef- fizienten des magnetisierbaren Materials liegt, aus dem der Drosselkern besteht. Auf diese Weise wird die Riss¬ bildung im Luftspalt der Drosselkerneinheit der Drossel bzw. im magnetisierbaren Material des Drosselkerns zuverlässig verhindert, da die insbesondere bei längerem Be- trieb der Drossel entstehenden Temperaturschwankungen hierdurch zu einem vergleichbaren temperaturabhängigen Ausdehnungsverhalten des Drosselkerns bzw. des Spalts und des Füllmaterials führen. Dies bewirkt, dass keine Risse oder mechanischen Schäden auftreten und die Lebensdauer der Drosselkerneinheit bzw. der mit dieser versehenen Drossel erheblich verlängert wird. Neben den hierdurch erzielbaren Kostenvorteilen wird zusätzlich sichergestellt, dass es im Laufe des Betriebs der Drossel nicht zu störenden Schallemissionen bei von Menschen hörbaren Frequenzen kommt.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn als Material des Drosselkerns zumindest eine Ferritart und als Füllma- material ein wasserhärtbarer Zement verwendet wird. Mit Hilfe eines aus zumindest einer Ferritart gefertigten Drosselkerns können aufgrund der sehr hohen Permeabili- tätswerte entsprechend hohe Induktivitäten der Drossel bei geringem Bauraumbedarf erreicht werden. In Kombination mit wasserhärtbarem Zement als Füllmaterial ist eine chemisch und mechanisch stabile Materialpaarung mit sehr ähnlichen Wärmeausdehungskoeffizient-Werten der einzelnen Komponenten gegeben, wodurch eine etwaige Rissbildung beim Betrieb der Drosselkerneinheit oder ein Brechen des Drosselkerns zuverlässig ausgeschlossen wird.
Die Drosselkerneinheit kann dabei besonders schnell, ein¬ fach und kostengünstig hergestellt werden, indem der Ze- ment zunächst mit einer vorgegebenen Menge Wasser vermischt und anschließend in den Luftspalt eingebracht wird. Aufgrund der guten Fließeigenschaften und Dosier- barkeit des Füllmaterials wird der Luftspalt ohne zusätz¬ liche Bearbeitungsschritte homogen gefüllt, wodurch eine besonders hohe mechanische Festigkeit erzielt wird. Das anschließende Abbinden des Zements erfolgt an Luft. Dabei kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das Füllmate¬ rial nach dem Einbringen in den Luftspalt in diesem ver- presst wird. Auf diese Weise wird ein zumindest annähernd vollständiges Ausgefülltsein des Luftspalts und eine ent- sprechend hohe mechanische Festigkeit und Belastbarkeit der Drosselkerneinheit sichergestellt.
Eine weitere Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit der Drosselkerneinheit wird in weiterer Ausgestaltung dadurch erzielt, dass beim Einbringen des Füllmaterials oder nach weiteren Bearbeitungsschritten gewährleistet wird, dass ein Kraftschluss zwischen dem Drosselkern und einem Spulenkörper der Drossel hergestellt wird. Dies kann bei¬ spielsweise durch Verpressen des Füllmaterials in den Luftspalt oder durch Zusammenpressen des Drosselkerns er- folgen. Überschüssiges Füllmaterial quillt hierbei gege¬ benenfalls über und kann einfach entfernt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit iden¬ tischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Ausführungs¬ beispiels einer Drosselkerneinheit für eine Dros¬ sel;
Fig. 2 Spektren für die anregungsfrequenzabhängigen Schwingungen zweier Drosseln; und Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Bereichs III .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer Drossel¬ kerneinheit 10, wie sie für eine Drossel verwendbar ist. Die Drosselkerneinheit 10 umfasst einen Drosselkern 12, welcher aus zwei im Querschnitt E-förmigen Drosselkernteilen 12a, 12b besteht. Die Drosselkernteile 12a, 12b sind um einen im Querschnitt doppel-T-förmigen Spulenkörper 14 angeordnet, der seinerseits zur Erhöhung einer In- duktivität der Drossel dient, wenn er mehrfach mit einem nicht dargestellten elektrischen Leiters umwickelt ist. Zwischen den Drosselkernteilen 12a, 12b und dem Spulenkörper 14 befindet sich ein Luftspalt 16, welcher in unterschiedlichen Abschnitten 16a-c unterschiedliche Spalt- dicken aufweist. Zur mechanischen Stabilisierung ist in den Abschnitt 16b des Luftspalts 16, welcher einen Mit¬ telpfad der Drossel bildet, ein Füllmaterial 18 einge¬ bracht. Die die Außenschenkel der beiden Drosselkernteile 12a, 12b bildenden Abschnitte 16a, 16c des Luftspalts 16, welche vorliegend eine Dicke zwischen 0,01 mm und 0,05 mm besitzen, sind mit einem Klebstoff verklebt, wodurch im magnetischen Kreis ein zusätzlicher Luftspalt 16 erzeugt wird. Der Drosselkern 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer Ferritart gefertigt und besitzt da- durch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten αD, dessen Wert etwa im Bereich zwischen ll*10~6/K und 12*10~6/K liegt. Zur Verlängerung der Betriebs- und Lebensdauer der Drosselkerneinheit 10 bzw. der mit dieser versehenen Drossel ist das Füllmaterial 18 derart ausgebildet, dass es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten αF besitzt, dessen Wert in einem Bereich von ±70% des Werts des Wärmeausdehnungsko¬ effizienten αD des Materials des Drosselkerns 12 liegt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass während des Be- triebs der Drossel bzw. der Drosselkerneinheit 10 auftre¬ tende Temperaturschwankungen zu vergleichbaren Abmessungsänderungen des Drosselkerns 12 bzw. des Luftspalts 16 einerseits und des Füllmaterials 18 andererseits füh¬ ren. Hierdurch werden eine Rissbildung und eine damit verbundene Störgeräuschentstehung vermieden. Das Füllmaterial 18 kann beispielsweise einen Zirkonium-basierten, wasserhärtenden Zement umfassen, welcher einen Wärmeausdehnungskoeffizienten αF mit einem Wert von etwa 4,7*10" 6/K besitzt. Dieses Füllmaterial 18 weist eine hohe e- lektrische Isolierfähigkeit, eine hohe Widerstandsfähig¬ keit gegen thermischen Schock, eine hohe Temperaturbe¬ ständigkeit sowie eine hohe chemische Beständigkeit auf und ist aufgrund seiner Geruchlosigkeit und geringen To- xizität problemlos handhabbar. Grundsätzlich eignen sich die meisten anorganischen und silikat-basierten Zementarten als Füllmaterial 18, da diese üblicherweise Wärmeaus¬ dehnungskoeffizienten αF mit Werten zwischen etwa 4,0*10" 6/K und 18,0*10~6/K besitzen.
Beispielsweise kann als Füllmaterial 18 ein chemisch ab- bindender Zement verwendet werden, welcher Magnesiumoxid, Zirkonsilikat und Magnesiumphosphat umfasst. Ein solches Füllmaterial 18 besitzt dabei im ausgehärteten Zustand ebenfalls einen Wärmeausdehnungskoeffizienten αF mit einem Wert von etwa 4,7*10~6/K. Ebenfalls als Füllmaterial 18 denkbar ist ein chemisch abbindender Zement, welcher auf Quarz und Natriumsilikat basiert. Dieses Füllmaterial 18 besitzt je nach konkreter Ausgestaltung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten αF mit Werten zwischen etwa 7,5*1CT6/K und 17,5*1CT6/K und ist besonders säurefest. Im Gegensatz hierzu besitzen aus dem Stand der Technik be- kannte, Epoxid-Harze umfassende Füllmaterialien 18 Wärme¬ ausdehnungskoeffizienten αF mit Werten von etwa 6O*1CT6/K, wodurch es bei thermischer Belastung schnell zu Rissbildungen und unerwünschten Schallemissionen kommt.
In einer weiteren Ausführungsform besteht das Füllmateri- al aus einem Gemisch von 75 Gew.% eines Zirkonkittes
(z.B. Zircon Potting Cement NO. 13 der Fa. Sauereisen,
Pittsburgh) und 25 Gew.% Sand (z.B. Grade 1 [A7-1] Sand).
Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Füllmaterial 18 verwendet wird, welches einen Wärmeausdehnungskoeffizien- ten-Wert αF aufweist, der im Vergleich zum Wärmeausdeh¬ nungskoeffizienten-Wert αD des magnetisierbaren Materials des Drosselkerns 12 zwischen 10% und 50% erhöht ist. Dies kann beispielsweise durch entsprechende Wahl des Füllma¬ terials 18 oder durch Beimengen von zusätzlichen Substan- zen mit entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten- Werten αs zum Füllmaterial 18 erreicht werden. Durch die höhere Temperatur im mittleren Abschnitt 16b gegenüber den lateralen Abschnitten 16a, 16c des Luftspalts 16 dehnt sich das Füllmaterial 18 dadurch stärker als das magnetisierbare Material des Drosselkerns 12 auf äquiva¬ lenter Länge. Daraus resultiert eine mit steigender Tem¬ peratur zunehmende mechanische Vorspannung des inneren Bereichs des Drosselkerns 12, wodurch die mechanische Schwingfähigkeit der Drosselkerneinheit 10 und die resul- tierenden Schallemissionen zusätzlich reduziert werden. Zur Herstellung der Drosselkerneinheit 10 wird der jewei¬ lige Zement zunächst mit der erforderlichen Menge Wasser vermischt, z.B. mit 7,5 Gew.% destilliertem Wasser zum Gesamtgewicht des Zements, um eine pastöse Masse zu er- halten, und in den Abschnitt 16b des Luftspalts 16 einge¬ bracht. Durch Zusammenpressen der beiden Drosselkernteile 12a, 12b wird ein Kraftschluss zwischen dem Drosselkern 12 und dem Spulenkörper 14 hergestellt, so dass nach dem Aushärten des Zements ein mechanisch besonders stabiler Verbund entsteht. Beim Zusammenpressen quillt das Füllma¬ terial 18 im mittleren Abschnitt 16b über und verfüllt den Luftspalt 16 zumindest überwiegend. Überschüssiges Füllmaterial 18 kann einfach entfernt werden. Zur Verbes¬ serung der Fließfähigkeiten können dem Füllmaterial 18 optional Additive beigegeben werden.
Das Aushärten geschieht in drei Stufen, in der ersten Stufe wird zwischen 10h und 30h bei Raumtemperatur vorgehärtet, danach für ca. 3h bei 5O0C und schließlich bei 7O0C für weitere etwa 3h ausgehärtet. Nach dem _Abkühlen kann die Drosselkerneinheit 10 dann Schlusslackiert wer¬ den .
Fig. 2 zeigt zwei Spektren, nämlich zum ersten eine Spektralkurve 20a, die die Stärke der mechanischen Schwingung in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz f wiedergibt, bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Drossel ohne Füllmaterial 18. Zum zweiten ist in Fig. 2 eine Spektralkurve 20b, die die Stärke der mechanischen Schwingung in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz f wiedergibt, bei einer Drossel abgebildet, welche mit der in Fig. 1 gezeigten Drosselkerneinheit 10 versehen ist. Der um den Spulenkörper 14 gewickelte elektrische Leiter wird in beiden Fällen mit einem sinusförmigen Anregungsstrom mit Anregungsfrequenzen f zwischen 10 kHz und 30 kHz betrieben. Auf der Ordinate der Graphen sind die resultierenden Schwingungen FFT des Drosselkerns 12 mit den höchsten Amplituden in m/s aufgetragen. Aus Fig. 2 ist dabei leicht erkennbar, dass die Spektralkurve 20a aufgrund der geringen mechanischen Stabilität des Luft¬ spalts 16 insbesondere im Bereich von für den Menschen hörbaren Frequenzen zwischen 16 kHz und 19 kHz einen Peak der mechanischen Schwingungen aufweist, wodurch eine starke, unerwünschte Schallemission erzeugt wird. Demge¬ genüber zeigt der Amplitudenverlauf des Spektrums 20b ein Maximum bei etwa 28 kHz bis 29 kHz. Diese Schwingungen befinden sich außerhalb des Hörbereiches. Die mechani- sehen Schwingungen der Drosselkerneinheit 10 und somit auch der Schalldruckpegel gehen daher im Hörbereich im Vergleich zu einer mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Drosselkerneinheit versehenen Drossel deutlich zurück .
Fig. 3 zeigt zur weiteren Verdeutlichung dieses Umstands eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Dia¬ grammbereichs III bei Anregungsfrequenzen f zwischen 27 kHz und 30 kHz.

Claims

Ansprüche
1. Drossel mit einem elektrischen Leiter zum Erzeugen eines Magnetfelds und mit zumindest einer, im Bereich des Leiters angeordneten Drosselkerneinheit (10), welche einen Drosselkern (12) aus einem magnetisier- baren Material sowie wenigstens einen Luftspalt (16) umfasst, wobei zur mechanischen Stabilisierung ein Füllmaterial (18) zumindest in einen Teil des Luft¬ spalts (16) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (18) derart ausgebildet ist, dass es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (αF) besitzt, dessen Wert in einem Bereich von ±70% des Werts des
Wärmeausdehnungskoeffizienten (αD) des magnetisierba- ren Materials liegt, aus dem der Drosselkern (12) be- steht.
2. Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (18) derart ausgebildet ist, dass es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (αF) besitzt, dessen Wert in einem Bereich von ±50% und/oder in einem Bereich von ±40% und/oder in einem Bereich von ±25% und/oder in einem Bereich von ±10% des Werts des
Wärmeausdehnungskoeffizienten (αD) des magnetisierba- ren Materials liegt, aus dem der Drosselkern (12) be- steht.
3. Drossel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisierbare Material, aus dem der Drosselkern
(12) besteht, zumindest eine Ferritart und/oder ein
Eisenpulver und/oder ein Molypermalloy-Pulver und/oder einen nanokristallinen Magnetwerkstoff um- fasst.
4. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter, vorzugsweise mehrfach, auf einen Spulenkörper (14) gewickelt ist.
5. Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (18) ein anorganisches Bindemittel umfasst .
6. Drossel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Bindemittel zumindest eine Art was¬ sergehärteten Zements umfasst.
7. Drossel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zement ein Silikat umfasst, vorzugsweise Zirkon- silikat und/oder Natriumsilikat und/oder Kalziumsili¬ kat, und/oder ein Oxid umfasst, vorzugsweise Silizi¬ umdioxid und/oder Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Eisenoxid und/oder Kalziumoxid, und/oder ein Hydroxid umfasst, vorzugsweise Kalzium¬ hydroxid, und/oder ein Sulfat umfasst, vorzugsweise Kalziumsulfat, und/oder ein Phosphat umfasst, vor¬ zugsweise Magnesiumphosphat.
8. Verfahren zum Herstellen einer Drosselkerneinheit
(10) für eine Drossel, bei welchem ein Drosselkern (12) aus einem magnetisierbaren Material mit wenigstens einem Luftspalt (16) bereitgestellt und ein Füllmaterial (18) zur mechanischen Stabilisierung zumindest in einen Teil des Luftspalts (16) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllmaterial (18) ausgewählt wird, welches einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (αF) besitzt, dessen Wert in einem Bereich von ±70% des Werts des
Wärmeausdehnungskoeffizienten (αD) des magnetisierba- ren Materials liegt, aus dem der Drosselkern (12) besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetisierbares Material für den Drosselkern (12) zumindest eine Ferritart und als Füllmaterial (18) ein wasserhärtbarer Zement verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zement zunächst mit einer vorgegebenen Menge Was- ser vermischt und anschließend in den Luftspalt (16) eingebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (18) nach dem Einbringen in den Luftspalt (16) in diesem verpresst wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einbringen des Füllmaterials (18) oder nach wei¬ teren Bearbeitungsschritten gewährleistet wird, dass ein Kraftschluss zwischen dem Drosselkern (12) und einem Spulenkörper (14) der Drossel hergestellt wird.
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