EP2395517B1 - Induktives Bauteil mit magnetischem Kern - Google Patents

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EP2395517B1
EP2395517B1 EP10005932.8A EP10005932A EP2395517B1 EP 2395517 B1 EP2395517 B1 EP 2395517B1 EP 10005932 A EP10005932 A EP 10005932A EP 2395517 B1 EP2395517 B1 EP 2395517B1
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EP
European Patent Office
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core
housing
casting
yokes
inductive component
Prior art date
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EP10005932.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2395517A1 (de
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Christof Gulden
Wihlelm Krämer
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Sts Spezial-Transformatoren-Stockach & Co GmbH
Original Assignee
Sts Spezial-Transformatoren-Stockach & Co GmbH
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Publication date
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Priority to PL10005932T priority patent/PL2395517T3/pl
Priority to DK10005932.8T priority patent/DK2395517T3/da
Priority to EP10005932.8A priority patent/EP2395517B1/de
Publication of EP2395517A1 publication Critical patent/EP2395517A1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core

Definitions

  • the invention relates to an inductive component with a magnetic core, in particular chokes, transformers, transformers, transducers, and similar inductive components.
  • the bobbins of these inductive components are usually thin-walled cylinders, they carry one or more windings of a choke, a transformer or a transformer.
  • the bobbin or insulating cylinder are produced for example by injection molding or extrusion, wherein the bobbin is usually formed as a hollow cylinder, in which, for example, magnetic cores are used.
  • the wound coil body which are formed into insulating cylinders.
  • magnetic cores for chokes are, for example, formed in a columnar shape and consist of one or more core parts and core disks glued together, which are separated by so-called "air gaps", e.g. B. in the form of spacers made of insulating material, are separated from each other.
  • air gaps e.g. B. in the form of spacers made of insulating material.
  • air gap spaces also serve to mechanically interconnect individual core parts or disks, in particular to bridge the so-called air gaps with adhesive coated disks.
  • the EP 0 848 391 A1 a housing for the construction of separate by air gaps magnetic core columns for inductive components, which has an inner space bounding inner lateral surfaces on which a plurality of radially projecting into the interior ribs or fin projections are arranged.
  • the interior is subdivided by the ribs or rib projections into several juxtaposed chambers for receiving core disks or core parts of the magnetic core column.
  • the core disks or core parts are loose in the chambers and are not mechanically interconnected. This leads to non-optimal physical properties of the inductive components, such as greater electrical losses, greater electrical capacity to earth, leakage current problems and poorer heat dissipation.
  • the invention was based on the problem of designing an inductive component with magnetic cores in such a way that this component or inductor can be produced much more simply and cost-effectively, despite the multiple-part core division, than previous methods made possible.
  • the object is achieved by an inductive component having the features of claim 1 and by a method for producing such a component having the features of claim 8.
  • the central configuration for the construction of the inductive component is a housing with so-called grid half shells, or a grid bar, or grid grooves and a Rasterverguss.
  • the housing forms chambers for receiving core disks or core parts, which together form the magnetic core.
  • the chambers are either formed by the formed on the inner circumferential surfaces of the half-shells, radially projecting into the interior ribs or ribs approaches or nubs, or through in the inner wall of the half-shells trained grooves with intermediate layers.
  • the ribs or rib projections or nubs or the intermediate layers at least partially define the required air gaps between the core disks or core parts.
  • Clearlymilamilackerguss offers in many ways ways to break away from previously common coil inserts or partial-Einguss- method, with manufacturing advantages, including better physical properties of the chokes. Better properties such as, lower electrical losses, reduced electrical capacitance to earth, no leakage current issues, better heat dissipation from the windings. In addition, material and weight is saved.
  • the essence of innovation & a. is that the aforementioned minimum interior volumes are designed contiguous, are sealed to the outside, but are opened in the region of the entry of the potting compound to the atmosphere and designed with small-volume refill depots at the opening location.
  • the core columns and adhesive interstices between the outer casings and yokes are filled with potting adhesive resin, wherein the windings with their interconnections and beginnings, ends are previously pushed onto the housing.
  • the Aufglallaki between the core discs or core parts are given taking into account the tolerances of the discs / split cores by the shape of the half shells and the outer shell.
  • core disks and yokes are fixed and secured well.
  • the previously complex bonding of the core parts and yokes with each other, is eliminated.
  • the inductance value can be adjusted with adjusting screws on the outer or tub housings.
  • the inner-structure potting can also be done in two operations by core pillars are first potted or molded and subsequently outer housing with yokes in a composite inner structure compound with resin or Auf spallmassen be attached.
  • the outflow of waste heat from the windings applied to the halves of the grid is versatile and effective.
  • the air that absorbs the heat loss is usually connected to the internal air of the associated inverter or other electrical equipment. Most internal air circulations of inverters or electrical equipment absorb the low heat loss of the inductive component and transport it away.
  • the thicknesses of the ribs or rib projections or grid grooves in the grid half shells, grid bars or the grid shells are smaller than the thickness of the computed air gaps between the core disks or core parts. Therefore, the core disks or core parts lie on all sides with little play in the chambers of the half-shells. All tolerances of the discs or core parts and the half-shells are equalized before filling with low-viscosity resins without vacuum but also with higher viscosity casting compounds with vacuum with the constructive adjustment available.
  • the thickness of the ribs may be different in this type halftone shells, grid bars or Rastervergadoren, depending on the design of the component.
  • ribs or ribs projections or grooves are present, which separate the middle to outer chambers from each other, with some subsequent to the outside corrugated fins or bendable knobs for adjusting the core columns.
  • the outer housing are preferably equipped with undercut Nutklemmungen and are thus fixed non-positively with the core disks or sub-cores filled half-shells.
  • the outer housings - as mentioned - adjustment provided to be able to exert axial forces on the arranged in the grid shells core disks so that the spaces between the outer core disks or core parts compressed, or can be reset, so that the adjusted sum of the air gaps between the core disks or core parts leads precisely to the nominal inductances.
  • the hollow body has a cylindrical shape, but also cuboid or cube-shaped, the hollow body then, for example, outside cylindrical and inside rectangular d. H. may have a substantially rectangular shape.
  • the hollow body does not consist of half-shells, grid bars, but from an encapsulation housing.
  • the casting material is poured or injected in a mold around the discs or partial cores, which are fixed at predetermined intervals with pins or holding nubs were.
  • the potting compound forms in this way the housing and fills the air gaps between the core disks or core parts.
  • the outer housing are arranged separately on one piece sprayed grid columns.
  • the outer housings can be clamped on the axially divided grid shell columns.
  • the housing of the inductive component comprises so-called grid half shells, grid rails, grid casings which have at least one elongate hollow body, on the inner lateral surfaces of which a plurality of ribs, knobs or other configurations radially projecting into the interior are produced.
  • Grooves are arranged, wherein the part-inner spaces are divided by ribs, corrugated surfaces, also axially bendable knobs, or rigid and flexible intermediate layers, quasi into several to many axially juxtaposed chambers for receiving core disks and core parts.
  • the hollow body of the housing consists of two axially divided grid half-shells, each core part or core disc being characterized by at least one circularly arranged rib or knob arrangement or other configurations, e.g. Grooves, is separated from an adjacent core disk or a core part.
  • the half-shells are constructed symmetrically, d. H.
  • semicylindrical, rectangular or other shaped cavities are formed in the interior of the two halves of the half-frame in which core disks or partial cores are accommodated in the manner necessary for the respective type of inductive component.
  • An attached hollow body of z. B. two half-shells forms several or many partial grid spaces, for example, cylindrical chambers but also other geometric, z.
  • the disks or core parts are inserted into the chambers of the first half-raster half-shell and closed by the second half-raster shell. This eliminates stacking, at which, for example, core disks, disk by disk core parts, piece by piece, had to be glued on each other.
  • the hollows can be filled with low-viscosity adhesive resin.
  • standard resins are usable, if the mecanical styrene resin is evacuated.
  • a one-piece tub housing has been developed, the analogous as usual, z. B. receives two cores with windings and yokes and is completely or partially shed.
  • the tub housing preferably made of plastic, but differs from previous tub housings in that it is not made of metal, but of thin-walled plastic configurations and cavities are closely formed on the windings and yokes.
  • such housings also allow the incorporation of heat conductive metal or ceramic interfaces of a portion of the circumference of the windings to coolers or cooling surfaces of inverters.
  • FIG. 1 and 1 a, 1 b show a plan view and a section through a housing 1 with so-called grid halves 1 a, 1 b.
  • Each screen half shell 1 a, 1 b is formed in the form of a thin-walled half-cylinder and has, inter alia, a continuous axially-flat recess or channel 2, see. also FIG. 18 , Left and right of the recess / channel 2 are z.
  • the individual chambers 76 are in the longitudinal direction of the half-shells Fig. 1a, 1st b arranged one behind the other.
  • circumferential grooves 5 or segment grooves are respectively provided at the end of the half-shells 1a, 1b, the u. a. for fixing the outer housings 10, as described below:
  • FIGS. 2 to 2c show cross sections through half-shells 1a, 1b and the joining examples show Fig. 2b and 2c
  • FIG. 2 is the side view of the outside of a half-raster shell 1a, 1b mirrored.
  • the ribs / lugs 3, 3a are preferably independent of their radial height as rigid ribs or rib projections 3a Fig. 5b , or grooves Fig. 19b formed, which are connected to the inner wall of the screen half-shell 1a, b.
  • FIG. 2a shows a section through the screen half-shell 1a in the region of the rigid ribs 3.
  • the ribs 3, 4 are separated from each other by the recess or the channel 2 and preferably formed in pairs.
  • the FIG. 5c shows an isometric view of a grid half-shell with rigid ribs 3 and until shearing bendable ribs 4 or nubs 4a in Fig. 5c ,
  • the axially slightly bendable ribs or nubs 4, 4a are preferably arranged in the respective outer parts of the half-shells 1 a, 1 b.
  • the FIGS. 19b, 19d 5g and 5g show alternative embodiments of half-shells with grooves on the inner surfaces.
  • the overall lengths of the half-shells 1a and 1b are smaller than the lengths of the sequentially arranged core disks 9 plus the sum of the air gaps. Ie. the frontal, outer core disks or core parts 9 protrude slightly up to a few millimeters projection 38, 39 from the closed half-shells 1a, 1b ( FIGS. 5d, 5e ). This is required to generate a force 53, 54 Fig. 5d, 5e ) to be able to exert on the outer core disks 9 or core parts, so that the core disk distance plus / minus adjusted and thus the length of the core column can be adjusted, but on the other hand, so that on the surfaces of the outermost core disks or core parts and the yokes 17 and 40 ( Fig.
  • each half raster 1a has in its axial sides each half raster 1a a continuous frame 6 in Fig. 2b and a continuous groove 7, with which it can be connected to another cylindrical half-shell 1b constructed identically to a cylindrical housing 1.
  • FIG. 5g shows alternatively to the knob adjustment also elastic intermediate layers Fig. 5g , Pos. 78, 79, 80, in the form of a compressible but also retractable thin plate, which could be used instead of possibly in addition to bendable ribs 4 or nubs 4a, if much large adjustment strokes are to be realized, but this is not required for standard throttles is.
  • FIGS. 3 and 3a show view or a section through a half-raster shell 1 a with inserted core disks 9 as a magnetic core column.
  • the screen half-shell 1a comprises ribs 3, 4 or rib projections, nubs 4a, cf. Fig. 5 ff.
  • nubs 4a cf. Fig. 5 ff.
  • z. B in the form of core disks 9, inserted, wherein the plus-tolerance diameter of the core disks 9 are smaller than the inner diameter of two grid halves 1 a, 1 b or hinge closed half shells Fig.
  • the "thicknesses" or “heights” of the core disks 9 are slightly smaller than the minimum diameter and axial dimensions of the chambers 76, ie the distance between the ribs 3, rib projections 3a and nubs 4.
  • the effort for merging the core parts 9 is reduced to simple and short-term insertion operations of the core parts 9 into the chambers ( Fig. 3a , 3b 4, 4a ) of the half-raster shell 1a and the adhesive bonding of the second half-raster shell 1 b, and Fig. 5d, 5e considerably.
  • the chambers ( Fig. 3a , 3b 4, 4a ) of the half-raster shell 1a and the adhesive bonding of the second half-raster shell 1 b, and Fig. 5d, 5e considerably.
  • no further manual or automated operations for assembling the grid shells with core parts are necessary.
  • FIG. 4 shows z. B. the attached configuration 1 a, 1 b consisting of half-shells 1 a and 1 b.
  • the FIG. 4a shows set core column 1 with inserted core parts. 9
  • FIG. 5a to 5g show in detail cross sections of the assembly of half-shells 1 a and 1 b ( Fig. 19 et seq.).
  • Each grid half shell 1 a, 1 b comprises ribs 3 distributed on the inner circumference (FIG. Fig. 5a ) or rib projections 3a (FIG. Fig. 5b ), as well as bendable ribs 4 ( Fig. 5 ) or nubs 4a ( Fig. 5c ), which form the intermediate spaces, ie chambers 3b, for receiving the core parts 9.
  • hinge half shells Fig. 5h to Fig. 5k manufacture are connected to one of their longitudinal sides with a bending hinge 52 and can be folded together by means of this bending hinge 52.
  • a bending hinge 52 is connected to one of their longitudinal sides with a bending hinge 52 and can be folded together by means of this bending hinge 52.
  • FIGS. 6 to 6b and 27 and exploded view Fig. 28 For example, show outer housing 10, 43, which can be connected to grid half-shell core columns. These outer housing 10, 43 consist z. B. from a two-hole base plate, mounting bars and version Fig. 27 in addition from a Umrandungskragen, which for specially shaped yokes and the admission of casting resin Fig. 28 is designed.
  • the base plate of the outer housing Fig. 6 a, b , P10 includes holes 11 with undercuts 12 so that the core columns can be locked non-positively and shear-resistant on the outer housing 10, 43.
  • the openings 11 with the undercuts 12 are reduced with clamping screws 13 in their diameters by the clamping screw 13 is tightened.
  • the undercuts 12 of the holes 11 of the outer housing in Fig. 25 . 28 engage in the grooves 5 of the core columns 1 and are clamped by clamping screws 13 in the grooves 5.
  • the remaining gap Fig. 6a . 14 can with seals Fig. 6 . 15 be sealed so that the connections between the housing 1, the outer housings 10 and held on / in the outer housing yokes 17 is closed and interfere with the pouring of the cavities no leaks the potting process.
  • FIG. 9 shows a single winding 16, as it is applied to the housing 1.
  • FIG. 9a shows a plan view of a single winding. It forms between the housings 1 with core columns via the interface outer housing 10, a compound that z. B. by the automatic bonding with the structural cast, can be made even more stable.
  • the equipped with yokes 17 outer housings 10 and associated housing 1 with core columns are filled after assembly with low-viscosity filling and / or adhesive resin. This is the difference volume Fig. 29a between the interior of the half-shells 1a, b minus the sum of the volumes of the core parts 9 plus Jochklebung filled.
  • the casting compound flows through the axially sealed half shells Fig. 29a and fills from the inner yoke 40, outer housing 10 via the individual core disks 9 to the filling space between the "upper" outer housing 43 and yoke 40, where no seal is placed on.
  • the air displaced by the resin escapes from the cavities of the housings 1 with windings 16 and the adhesive and casting spaces between the outer housings 10 and yokes 17.
  • the casting compound thin-bodied casting, polyester or PU resin etc. is generally used. but also standard resins.
  • FIGS. 4, 4a 4b show how core disks 9 or core parts of a core column are inserted into the halftone half shell 1a.
  • the core disks or core parts 9 usually have a slight axial play in their respective chambers, because the ribs 3 or ribs 4 are made thinner than the intended and calculated air gap between the disks or core parts 9.
  • the second half-raster 1 b is closed via the filled with core parts 9 housing half 1 a.
  • Previously may - alternatively but not adhesive must be introduced into the groove 7 or the frame 6 of the half-shells.
  • core column strips Fig. 22-24 possible. That is, the core disks 9 or parts with, for example, three or four grid strips 69 before insertion into an injection mold Fig. 21, 23 fixed by the brackets 70 and adjusted according to the described method, also encapsulated or cast around.
  • FIG. 24
  • a choke is shown, which is designed for high volumes.
  • commercially available cuboid yokes are no longer used.
  • flow-specific shaped yokes were used " Fig. 26 designed, based different magnetic fluxes over the Jochbone.
  • z. B. is the largest dimensioned cross section in the middle of a yoke 40, because only place is the full magnetic flux.
  • All cross sections outside the center of the yoke can be reduced to half-left / right of the center or less large cross-sections. Ie. all cross sections going from the central area to the outside Fig. 26 ,
  • Numerals 65, 64, 63 are approximated to the actual magnetic fluxes. This creates space for the accommodation of terminals, contact fittings, winding bridges, and integrated foot structures of the chokes Fig. 27 . 28 ,
  • Fig. 26 receives.
  • the plane surface of the yoke for the passage of the magnetic flux is advantageously made only a little "wider" than the diameter of the core disks.
  • Fig. 26 can connect bridges Fig. 31 , Stranded leads 84 can be accommodated, which advantageously allows for minimized overall volume and molded internal insulation to the yoke.
  • up to 30% material is saved at the Jochen - at the same time better flow cross-sectional performance
  • the exploded drawing Fig. 28 shows this.
  • the drawing in the compilation Fig. 29 also shows how the volume and weight reduction of a throttle is achieved.
  • FIG. 25 shows an alternative to the previous embodiments, a complete manufacturing form, consisting of a lower part 25 and a top 26.
  • 26 can be made completely one or more parts injection-molded or cast or pressure-gelled core columns.
  • two or more retaining pins 27 are arranged in the lower part 25 of the manufacturing mold per core part.
  • the core parts 9 can thereby be fixed in the bottom part 25 exactly with a defined distance (air gap).
  • the upper part 26 of the manufacturing form has per core disk or core part 9 a fixing pin 28.
  • Three fixing pins 27, 28 for each core part 9 are sufficient to fix the entire arrangement of the core part 9 before the casting process exactly in the production form.
  • the pin assemblies can be dispensed with in a mold or mold when, for example, halftone shells 72 are used with a thin, apertured sheath.
  • the hole pattern in the shell of the half-raster shell 72 allow the unhindered entry of the spray or casting compound into the gaps between the core disks or core parts inserted in the half-rake shell, as well as the closure of the insulating cylinder part around the core disks or parts.
  • core disks or core parts 9 manufacturing forms according to the Fig. 21-24 be like the Figures 12 or 13 filled with spray or potting compound. After solidification of the spray or potting compound to obtain a thin coated core column.
  • the core disks 9 are separated from each other by tufts or disks and air gaps filled with injection molding compound. Provided at the ends, embossed mounting grooves are used for attachment to an outer housing 10th
  • FIGS. 14 to 17 Shown in housings 1, consisting of upper part and lower part, not round core parts 30, 31 are added.
  • clamping bolts 32, Fig. 14 in the claddings of the core columns Fig. 14, 15th are introduced, which can serve for the attachment of outer housings, yokes or bearing plates or flanges.
  • FIG. 16 shows configurations of such a molded or cast housing 1 in which rectangular core parts 30, 31 are arranged.
  • the core parts have different dimensions and thicknesses to best fill the cross sections of the core columns.
  • FIG. 16 a cross section of a core column, it can be seen that the total cross section of a square core member 30 and distributed on the sides, four rectangular side core parts 31 join.
  • FIG. 17 shows a staggered core configuration.
  • core parts 30, 31 are arranged, the differentiated in their dimensions -Folienumble- different and thus use the round cross-section of the housing 1 and fill.
  • the core columns of core parts 30, 31 are separated from each other by corresponding intermediate layers or rib projections, which then form the air gaps.
  • FIGS. 19c and 19d show half-shells 1 b in different views and the composite housing 1 according to FIGS. 19c and 19d ,
  • recesses / channels 2 are arranged on the inner wall as in half-shells 1a, 1b.
  • outer housing Fig. 28 can also be used as "integrated molded plastic tub casing Fig. 30 be connected to previous throttle body - made of metal - but have more production or electrical functions as previous housing.
  • the plastic tub housing Fig. 30-32 consist of quasi rectangular housing parts in the yoke area. The rectangular shapes go outside the yokes in semicircular-parallel tubs Fig. 32 e above.
  • the adaptation of the plastic housing parts to the configuration of the throttle saves potting compound and causes more mechanical stability.
  • the core columns Fig. 31 can in the core shots Fig. 32a 67, with the yokes each "behind the recordings" Fig. 32e 76 are laid. Behind or in front of the brackets are insulating and spacer bars Fig. 32a placed, which distance the Verschaltungs viten the windings on the one hand to the winding, on the other hand to the yokes, without otherwise usual insulation measures.
  • the chokes can be adjusted with the adjusting screws before casting.

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Description

    Gebiet der Erfindung:
  • Die Erfindung betrifft ein induktives Bauteil mit magnetischen Kern, insbesondere Drosseln, Übertrager, Transformatoren, Wandler, und ähnliche induktive Bauteile.
    • Stand der Technik:
  • Stand der Technik ist beispielsweise gegeben durch die EP 1 501 106 A1 desselben Anmelders. Diese Anmeldung zeigt neuere Ferrit-Luftspalt-Technologien u. a. in Form von so genannten Sinus-Drosseln, die sich vorwiegend in der Fotovoltaik etabliert haben.
  • Die Spulenkörper dieser induktiven Bauteile sind meist dünnwandige Zylinder, sie tragen eine oder mehrere Wicklungen einer Drossel, eines Übertragers oder eines Transformators.
  • Es ist bekannt, das Spulenkörper oder Isolierzylinder beispielsweise im Spritzguss- oder Strangpressverfahren hergestellt werden, wobei der Spulenkörper meist als Hohlzylinder ausgebildet ist, in den beispielsweise magnetische Kerne eingesetzt werden. Es sind aber auch gewickelte Spulenkörper bekannt, die zu Isolierzylindern geformt werden.
  • Weiter ist bekannt, dass magnetische Kerne für Drosseln beispielsweise säulenförmig ausgebildet werden und aus einem oder mehreren miteinander verklebten Kernteilen und Kernscheiben bestehen, die durch so genannte "Luftspalte", z. B. in Form von Zwischenlagen aus Isoliermaterial, voneinander getrennt sind. Bisher wurden dieserart Kernsäulen z. B. aus Kernscheiben mit dazwischen liegenden Luftspalten, die bekanntlich nicht Luftspalte sind, sondern aus Isolierzwischenlagen bestehen) aufgebaut und gleichzeitig geklebt, um diese in Spulenkörper einzusetzen oder als Kernsäule mit Isoliermaterial zu umwickeln. Zweck dieser Luftspalte ist es, die elektromagnetischen Eigenschaften der Drosselspulen zu gestalten und so zu optimieren, damit möglichst hohe Beträge magnetischer Energie in den Luftspalträumen gespeichert werden, die Streufelder außerhalb der Luftspalte bzw. der Innenseiten der Wicklungen aber dennoch niedrig gehalten werden. Zum anderen dienen "Luftspaltzwischenräume" auch dazu, einzelne Kernteile oder Scheiben, mechanisch miteinander zu verbinden, insbesondere um die so genanten Luftspalte mit Klebstoff beschichteten Scheiben zu überbrücken.
  • Dieses übliche Verfahren zur Herstellung von magnetischen Kernsäulen aus vielen Scheiben oder Kernteilen ist zeitaufwendig und kostenintensiv. Hinzu kommt, dass es nicht einfach ist, fluchtende Kernsäulen aufzubauen und gleichzeitig zu kleben. Diese Kernsäulenaufbauten werden behindert, zumindest erschwert, durch die Toleranz der Scheibendurchmesser und Dicken, die eigentlich nicht eng genug herstellbaren Toleranzen der Luftspaltscheiben, der Dosierung der Klebermengen, und Schichtdicken, auch der unterschiedlichen Viskosität der Kleber wg. Standzeiten, unterschiedlicher Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten. Alle diese instabilen Faktoren und Parameter entfallen beim Einsatz von Rasterhalbschalen-Gehäusen.
  • Der nächste aufwendige Arbeitsgang bei der konventionellen Herstellung von induktiven Bauteilen ist, die Kernsäulen in herkömmliche Wannengehäuse zu integrieren und mechanische Halterungen der Kernsäulen und Jochen herzustellen. Letztlich müssen für die Justierung der Induktivität von induktiven Bauteilen in aller Regel externe Vorrichtungen und Hilfsmittel herangezogen werden, was die Taktzeiten verlangsamt und kostenintensiver macht.
  • In diesem Zusammenhang offenbart die EP 0 848 391 A1 ein Gehäuse zum Aufbau von durch Luftspalten getrennten magnetischen Kernsäulen für induktive Bauteile, das einen Innenraum begrenzende innere Mantelflächen aufweist, an denen mehrere radial in den Innenraum hinein ragende Rippen oder Rippenansätze angeordnet sind. Der Innenraum wird durch die Rippen oder Rippenansätze in mehrere aneinander gereihte Kammern zur Aufnahme von Kernscheiben oder Kernteilen der magnetischen Kernsäule unterteilt. Die Kernscheiben oder Kernteile liegen lose in den Kammern und sind nicht mechanisch miteinander verbunden. Die führt zu nicht optimalen physikalischen Eigenschaften der induktiven Bauteile, wie größere elektrische Verluste, größere elektrische Kapazität gegen Erde, Kriechstromprobleme und schlechterer Wärmeabfluss.
    • Darstellung der Erfindung:
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein induktives Bauteil mit Magnetkernen so zu gestalten, dass dieses Bauteil oder Drossel trotz vielteiliger Kernteilung deutlich einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann als es bisherige Verfahren ermöglichten.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein induktives Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
  • Die zentrale Konfiguration für den Aufbau des induktiven Bauteils ist ein Gehäuse mit so genannten Rasterhalbschalen, oder einer Rasterleiste, oder Rasternuten und einem Rasterverguss. Das Gehäuse bildet Kammern zur Aufnahme von Kernscheiben oder Kernteilen, die zusammen den magnetischen Kern bilden. Durch Kombination z. B. mit einem entsprechenden Außengehäuse oder einem neuartigen Wannengehäuse können zwei oder mehrere dieser Gehäuse zu einem komplexen induktiven Bauteil zusammengestellt werden.
  • Die Kammern werden entweder gebildet durch die an den inneren Mantelflächen der Rasterhalbschalenausgebildeten, radial in den Innenraum ragende Rippen oder Rippenansätze oder Noppen, oder aber durch in der Innenwandung der Rasterhalbschalen ausgebildete Nuten mit Zwischenlagen. Die Rippen oder Rippenansätze oder Noppen beziehungsweise die Zwischenlagen definieren zumindest zum Teil die erforderlichen Luftspalte zwischen den Kernscheiben oder Kernteilen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere erfinderische Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Für den Aufbau des induktiven Bauteils werden erfindungsgemäß neue Konzepte und Techniken verwendet. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit so genanntem Innenstrukturverguss ausgeführt. Dieser Innenstrukturverguss bietet in mehrfacher Hinsicht Möglichkeiten, sich von bisher üblichen Spuleneingüssen oder Teil-Einguss- Verfahren zu lösen, mit Herstellvorteilen, auch besserer physikalischen Eigenschaften der Drosseln. Besseren Eigenschaften wie, geringere elektrische Verluste, reduzierte elektrischer Kapazität gegen Erde, keine Kriechstromproblematiken, besserem Wärmeabfluss aus den Wicklungen. Zusätzlich wird noch Material und Gewicht eingespart.
  • Bei dem erwähnten Innenstrukturverguss wird das Differenzvolumen zwischen den Kammern derRasterhalbschalen und denKernscheiben oder Kernteilen, auch der Zwischenräume zwischen den äußeren Kernscheiben sowie Außen-Gehäusen, Jochen mit geeigneten Vergussmassen, z.B. dünnflüssigen Harzen aber auch Standard-Ausfüllmassen gefüllt. Es werden Vergussmassen mit geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet. Das Eindringen der Vergussmassen in die zu füllenden Hohlräume kann durch evakuieren der Hohlräume unterstützt werden.
  • Das Wesentliche der Innovation u. a. ist, dass vorstehend genannte minimalen Innenraumvolumina zusammenhängend gestaltet sind, nach Außen abgedichtet sind, jedoch im Bereich des Eintrittes der Vergussmasse zur Atmosphäre geöffnet und mit kleinvolumigen Auffülldepots an der Öffnungsstelle gestaltet sind.
  • Die Vorteile liegen auf der Hand. Außer der Minimierung der Materialmengen und der Herstellkosten, und weniger Harze- oder Füllmassen, ermöglicht diese Technik außer physikalischen Vorteilen Volumen-, Gewichts- und Anordnungsvorteile für Sinusdrosseln in Wechselrichtern aber auch für alle andere Anwendungen.
  • Auf diese Weise werden die Kernsäulen und Klebezwischenräume zwischen den Außengehäusen und Jochen mit Verguss-Klebeharz aufgefüllt, wobei die Wicklungen mit ihren Verschaltungen sowie Anfängen, Enden vorher auf dasGehäuse aufgeschoben werden. Die Auffüllräume zwischen den Kernscheiben oder Kernteilen werden unter Berücksichtigung der Toleranzen der Scheiben/Teilkerne durch die Formgebung der Rasterhalbschalen und der Außengehäuse vorgegeben.
  • Durch das Ausgießen der Innenräume mit meist dünnflüssigen Vergussmassen, vorzugsweise in einem Arbeitsgang, werden Kernscheiben und Joche fixiert und gut befestigt. Das bisher aufwändige Verkleben der Kernteile und Joche untereinander, entfällt. Vor dem Verguss kann eine Justierung des Induktivitätswertes mit Einstellschrauben an den Außen- oder Wannengehäusen erfolgen.
  • Im Unterschied dazu kann der Innenstruktur-Verguss auch in zwei Arbeitsgängen erfolgen, indem Kernsäulen erst vergossen oder umspritzt werden und nachträglich Außengehäuse mit Jochen in einer zusammen gesetzten Innenstrukturverbindung mit Harz oder Auffüllmassen befestigt werden. Durch dieserart Innenstrukturverguss-Technik in Bezug auf die Kernscheiben oder Kernteile, Joche und Außengehäuse, werden geräuscharme induktive Bauteile oder Drosseln mit hoher Stabilität, Genauigkeit und Qualität erreicht.
  • Der Abfluss der Abwärme von den auf die Rasterhalbschalen aufgebrachten Wicklungen ist allseitig und effektiv. Die Luft, die die Verlustwärme aufnimmt, ist in aller Regel mit der Innenluft des zugehörigen Wechselrichters oder anderer elektrischer Geräte verbunden. Die meist inneren Luftumwälzungen von Wechselrichtern oder elektrischen Geräten nehmen die geringe Abwärme des induktiven Bauteils auf und transportieren diese ab.
  • Erfindungsgemäß sind die Dicken der Rippen bzw. Rippenansätze oder Rasternuten in den Rasterhalbschalen, Rasterleisten oder den Rastervergüssen kleiner als die Dicke der rechnerisch ermittelten Luftspalte zwischen den Kernscheiben oder Kernteilen. Deshalb liegen die Kernscheiben oder Kernteile mit allseitig geringem Spiel in den Kammern der Rasterhalbschalen. Alle Toleranzen der Scheiben oder Kernteile und der Rasterhalbschalen werden vor dem mit dem Einfüllen dünnflüssiger Harze ohne Vakuum aber auch mit höher viskosen Vergussmassen mit Vakuum mit der konstruktiv vorhandenen Justiermöglichkeit egalisiert.
  • Im Einzelnen kann die Dicke der Rippen bei dieser Art Rasterhalbschalen, Rasterleisten oder Rastervergüssen unterschiedlich sein, je nach Auslegung des Bauteiles.
  • Vorzugsweise sind in den Hohlkörpern des Gehäuses überwiegend Rippen oder Rippenansätze oder auch Nuten vorhanden, die die mittleren bis äußeren Kammern voneinander trennen, auch mit einigen sich nach Außen anschließenden Wellrippen oder biegefähigen Noppen für das Justieren der Kernsäulen.
  • Durch axialen Druck auf die äußeren Kernscheiben oder Kernteile, über die Joche können entsprechend gestaltete Wellrippen, Rippenansätze, oder Noppen oder auch Zwischenlagen in den Nuten im Rasterhalbschalen-Hohlkörper gebogen, axial verschoben und bei größeren Toleranz- Kompensationen auch geschert werden. Dies sichert große Bandbreiten bei der Verstellung der Summenluftspaltmaße z. B. einer Induktivität oder Drossel. Die Abstände zwischen den äußeren Kernscheiben oder Kernteilen können so untereinander in Summe verstellt bzw. der Induktivitätswert des Bauteils kann damit präzise eingestellt werden.
  • Damit die axialen Kraftbeanspruchungen sicher beherrscht werden sind die Außengehäuse vorzugsweise mit Hinterschnitt-Nutklemmungen ausgestattet und werden so kraftschlüssig mit den Kernscheiben oder Teilkernen gefüllten Rasterhalbschalen befestigt. An den Außengehäusen sind - wie erwähnt - Verstellmöglichkeiten vorgesehen, um auf die in den Rasterhalbschalen eingeordneten Kernscheiben axiale Kräfte ausüben zu können, damit die Zwischenräume zwischen den äußeren Kernscheiben oder Kernteilen komprimiert, oder auch rückgestellt werden können, so dass die justierte Summe der Luftspalte zwischen den Kernscheiben oder Kernteilen punktgenau zu den Nenninduktivitäten führt.
  • Nach dem Einstellen der Abstände (Luftspalte) zwischen den Kernscheiben oder Kernteilen wird mit dünnflüssigem Harz oder einer höher viskosen Vergussmasse vergossen und durch deren Aushärtung die Kernscheiben, innerhalb der Rasterhalbschalen dauerhaft fixiert und für die gesamte Lebenszeit der Drossel unverstellbar gemacht.
  • Es können Scheiben-, und/oder quaderförmige Kernteile verwendet werden, wobei im ersten Fall der Hohlkörper eine zylindrische Form hat, aber auch quader- oder würfelförmig, wobei der Hohlkörper dann beispielsweise außen zylindrisch und innen rechteckig d. h. eine im wesentlichen rechteckige Form aufweisen kann.
  • In einer nicht beanspruchten Ausgestaltungkann vorgesehen werden, dass der Hohlkörper nicht aus Rasterhalbschalen, Rasterleisten besteht, sondern aus einem Umguss-Gehäuse. Die Gussmasse wird in diesem Fall in einer Form um die Scheiben oder Teilkernen gegossen oder gespritzt, die in vorgegebenen Abständen mit Stiften oder Haltenoppen fixiert wurden. Die Vergussmasse bildet auf diese Weise das Gehäuse und füllt die Luftspalte zwischen den Kernscheiben oder Kernteilen.
  • Des weiteren kann vorgesehen sein, dass die Außengehäuse separat an einteilig gespritzten Rastersäulen angeordnet werden. Die Außengehäuse können auf die axial geteilten Rasterschalen- Säulen aufgespannt werden.
  • Es können aber auch in einem Arbeitsgang zwei Rasterhalbschalen mit einem horizontal geteilten Außengehäuse gefertigt, d. h. gespritzt, gesintert, Laser- konfiguriert oder gegossen werden.
  • Das Gehäuse des induktiven Bauteils umfasst erfindungsgemäß so genannte Rasterhalbschalen, Rasterleisten, Rasterumgüsse, die mindestens einen langgestreckten Hohlkörper aufweisen, an dessen innerer Mantelflächen mehrere, radial in den Innenraum hineinragende Rippen, Noppen oder andere Konfigurationen, wie z.B. Nuten, angeordnet sind, wobei die Teil-Innenräume durch Rippen, Wellflächen, auch axial biegbare Noppen, oder starre und flexible Zwischenlagen, quasi in mehrere bis viele axial aneinander gereihte Kammern, zur Aufnahme von Kernscheiben und Kernteilen unterteilt sind.
  • Vorzugsweise besteht der Hohlkörper des Gehäuses aus zwei axial geteilten Rasterhalbschalen, wobei jeder Kernteil bzw. Kernscheibe durch mindestens eine kreisförmig angeordnete Rippen- oder Noppenanordnung oder andere Konfigurationen, z.B. Nuten, von einer benachbarten Kernscheibe oder einem Kernteil getrennt ist.
  • Vorzugsweise werden die Rasterhalbschalen symmetrisch aufgebaut, d. h. es sind beispielsweise halbzylindrische, rechteckige oder andersförmige Hohlräume im Inneren der beiden Rasterhalbschalen- gebildet, in denen Kernscheiben oder Teil-Kerne in der für den jeweiligen Typ des induktiven Bauteils notwendigen Weise untergebracht werden.
  • Ein gefügter Hohlkörper aus z. B. zwei Rasterhalbschalen bildet mehrere bzw. viele Teil-Rasterräume aus, beispielsweise zylindrische Kammern aber auch andere geometrische, z. B. quader- und kubusförmige Ausgestaltungen, die Teilungen zwischen Kernscheiben oder Kernteilen ermöglichen.
  • Die Scheiben oder Kernteile werden in die Kammern der ersten Rasterhalbschale eingelegt und durch die zweite Rasterhalbschale verschlossen. Damit erübrigen sich Stapelungen, bei denen beispielsweise Kernscheiben, Scheibe für Scheibe Kernteilen, Stück für Stück, aufeinander geklebt werden mussten.
  • Nach dem Umschluss der Kernscheiben oder Teilkerne durch die Rasterhalbschalen, können die Holräume mit dünnflüssigem Klebeharz gefüllt werden. Aber auch Standardharze sind verwendbar, wenn der Innenstrukturverguss nach der Befüllung mit Gießharz oder einer anderen Füllmasse z.B. Polyurethanharz evakuiert wird.
  • Dies zu ersten Ausführungen der neuartigen Rasterhalbschalen-Drossel.
  • Zusätzlich wurde eine weitere Drosselversion oder "Drosselfamilie" mit einer an bisherige Drosseln angelehnten Gehäusetechnik entwickelt.
  • Anstelle der vorstehenden beschriebenen zwei Außengehäuse, wurde ein einteiliges Wannengehäuse entwickelt, das analog wie bisher üblich, z. B. zwei Kerne mit Wicklungen und Jochen aufnimmt und ganz oder teilweise vergossen wird.
  • Das Wannengehäuse, vorzugsweise aus Kunststoff, unterscheidet sich aber von bisherigen Wannengehäusen dadurch, dass es nicht aus Metall, sondern aus dünnwandigen Kunststoff-Konfigurationen und Aushöhlungen besteht die eng an die Wicklungen und Joche angeformt sind.
  • Optional ermöglichen dieserart Gehäuse auch den Einbau von Wärme leitenden Metall- oder Keramikzwischenflächen eines Teiles des Umfanges der Wicklungen zu Kühlern oder Kühlflächen von Wechselrichtern.
  • Diese neuen Isolier-Wannenversionen stehen hinsichtlich Materialverbrauch den Rasterschalendrosseln mit zwei Außengehäuse wenig nach. Beide Ausführungen -im Vergleich zu bisherigen Metallwannenlösungen- benötigen deutlich weniger Vergussmassen, weil diese neuen Isolierwannengehäuse eng an Wicklungen und Joche geformt sind, wie es bei Metallgehäusen nicht möglich ist.
  • Die Erfindungwird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert. Aus den Skizzen und Zeichnungen und den folgenden Beschreibungen ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
  • Es zeigen:
    • Figur 1, 1a, 1b
    Draufsicht und einen Schnitt durch eine Rasterhalbschale.
    Figur 2, 2a
    Schnitte durch die Rasterhalbschale mit geformten Rippen in der Gehäusehalbschale.
    Figur 2b
    Trapez -Nute- Zarge - Konfiguration
    Figur 2c
    umlaufende Nuten für Anschluss Außengehäuse
    Figur 2d
    Einfach- Nute- Zarge- Konfiguration
    Figur 3, 3a
    Ansicht, Schnitt einer mit Kernteilen bestückten Rasterhalbschale.
    Figur 4
    Draufsicht bestückte Kernsäule oder Rasterhalbschalenpaar.
    Figur 4a
    Schnitt einer Kernsäule gebildet aus Rasterhalbschalen.
    Figur 5
    Seitenansicht flexible (abscherbare Rippe) in Rasterhalbschale.
    Figur 5a
    Seitenansicht Luftspaltrippen groß starr.
    Figur 5b
    Seitenansicht Luftspalte mit Rippenansätzen klein starr
    Figur 5c
    isometrische Innenansicht Fig. 5b Rasterhalbschale
    Figur 5d
    Schnitt, Stellbereich R. Schale, Kernscheiben lose
    Figur 5e
    Schnitt, Stellbereich R. Schale Kernscheiben eingestellt
    Figur 5f
    Rasterhalbschalen große Starr und flexible Wellrippe
    Figur 5g
    komprimierbare Zwischenlage Kernscheiben
    Figur 5h
    Doppel-Rasterhalbschale mit flexiblem Biegescharnier
    Figur 5i
    Doppel-Rasterhalbschale mit flexiblem Biegescharnier
    Figur 5j
    Isometrisch Doppel-Rasterschale mit Biegescharnier
    Figur 5k
    Isometrisch Doppel-Rasterschale m. flex. Biegescharnier
    Figur 6
    Spulenseite und Seite eines Außengehäuses.
    Figur 6a
    Jochseite eines Außengehäuses.
    Figur 6b
    Draufsicht des Außengehäuses.
    Figur 7
    Seitenansicht Wickelung auf Spulenkörper.
    Figur 7a
    Draufsicht Wicklung auf Außengehäuse.
    Figur 7b
    Isometrie mit zwei bewickelten Spulenkörpern.
    Figur 7c
    Spulenseite eines Außengehäuses.
    Figur 7d
    Rückansicht des Außengehäuses.
    Figur 7e
    Draufsicht bewickelte Kernsäulen - Außengehäuse verbunden
    Figur 8
    Draufsicht auf Kernsäulen
    Figur 8a
    Kernsäulen, an einer Außenseite
    Figur 9
    eine Einzelwicklung
    Figur 9a
    Draufsicht einer Einzelwicklung
    Figur 10
    Kernsäulenstapel mit Rohrumhüllung ohne Rippen
    Figur 11
    Draufsicht von Figur 10
    Figur 12
    Gehäuse mit Kernscheiben-Kernsäule
    Figur 13
    Schnitt durch Figur 12
    Figur 14
    umspritzte Quadrat- und Rechteckkernteile
    Figur 15
    umspritzte Stapel-Kernsäulenversion
    Figur 16
    Draufsicht der Figur 14
    Figur 17
    Draufsicht der Figur 15
    Figur 18
    Kernsäulenschalen ohne Rippen Draufsicht
    Figur 19
    Seitenansicht einer Rasterhalbschale ohne Rippen
    Figur 19a
    Draufsicht auf eine Rasterhalbschale ohne Rippen
    Figur 19b
    isometrische Ansicht der Rasterhalbschale mit Nuten
    Figur 19c
    isometrische Ansicht des zusammengesetzten Gehäuses ohne Rippen.
    Figur 19d
    isometrische Ansicht des zusammengesetzten Gehäuses mit Zwischenlagen.
    Figur 20
    Rasterhalbschale mit Lochmuster
    Figur 21
    Kernsäulenleiste in Dreieck Anordnung 120°
    Figur 22
    Kernsäulenleiste gemäß Figur 21, Seitenansicht
    Figur 23
    Kernsäulenleiste als Distanzteil zu Wicklung
    Figur 24
    Einstellung Induktivität in Spritzmaschine
    Figur 25
    Zusammenstellung Drossel mit Rasterschale Standardjoche
    Figur 26
    Joche für Großserien Version
    Figur 27
    Außengehäuse Großserien Version
    Figur 27a
    Dichtung für Innenverguss Kernscheiben und Joche Version
    Figur 28
    Explosionszeichnung Drossel Auengehäuse Version
    Figur 29
    Zusammenstellung Drossel Außengehäuse Version
    Figur 29a
    Zusammenstellung Schnitt Innenstrukturverguss
    Figur 29b
    Zusammenstellung Stirnseite
    Figur 29c
    Drehstrom- Drosselstapel mit Außengehäuse
    Figur 30
    Rasterdrossel mit Wannengehäuse
    Figur 30a, 30b
    Rasterdrossel mit Wannengehäuse
    Figur 31, 31a
    Kernsäulen mit Wicklung, verschaltet
    Figur 32
    Wannengehäuse Seitenansicht
    Figur 32 a
    Wannengehäuse Draufsicht
    Figur 32 b
    Wannengehäuse Längsschnitt
    Figur 32 c
    Wannengehäuse Stirnseite
    Figur 32 d
    Wannengehäuse Kernsäulenaufständerung
    Figur 32 e
    Wannengehäuse Mitte, Schnitt
  • Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung:
  • Die folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf neuartige Gehäuse zum Aufbau von Drosseln, deren Magnetkreise zum Einen aus weitgehend standardisierten weichmagnetischen Materialien oder Ferrit-Materialien, wie Kernscheiben und Joche, bestehen. Zum Anderen betrifft die Erfindung das Umfeld der Rasterschalen-Kernsäulen d. h. die Verbindung der Rasterschalen Kernsäulen mit den Drossel- oder der Trafowicklungen, bzw. mögliche Applikationen mit verschiedenen Gehäusen, im Wesentlichen reduziert auf zwei Baulinien:
    1. 1. Rasterhalbschalen-Kernsäulen mit Wicklung, spannbaren Jochen- auf die KernScheiben, Spannschrauben in den Brücken der Außengehäusen in einer Einfachstausführung für niedrige Stückzahlen und eine Serienausführung für hohe Stückzahlen beide Ausführungen mit Innenstruktur- Verguss für die Auffüllung der Luft-Spalte zwischen Kernscheiben oder Kernteilen und der Herstellung der Fixierung der Stabilität der gesamten Drossel
    2. 2. Rasterhalbschalen-Kernsäulen mit Wicklung, spannbaren Jochen- auf die KernScheiben oder Kernteile, ebenfalls stirnseitigen Spannschrauben die in umhüllenden Wannengehäusen mit Standard- oder Magnetfluss- optimierten Jochen- in Spiegelverguss jedoch mit vermindertem Gussvolumen.
  • Die erfindungsgemäße Kernidee: "Rasterhalbschalen-Kernsäulen", wurde so erweitert und ergänzt mit Magnetfluss-optimierten Jochen, Kunststoff-Wannengehäusen, rationalisierten Verschaltungen und Stromanschlüssen. Die zukünftigen Serien-Herstellverfahren, werden jeweils auf nur zwei integrierende Kunststoffteile zurückgeführt. Mit dieser neuen, stark vereinfachenden Integrationstechnik wird die gesamte Drosselstruktur bestimmt, was völlig neue Herstellverfahren ermöglicht.
  • Die Figuren 1 und 1 a, 1 b zeigen eine Draufsicht bzw. einen Schnitt durch ein Gehäuse 1 mit so genannten Rasterhalbschalen 1 a, 1b. Jede Rasterhalbschale 1 a, 1 b ist in Form eines dünnwandigen Halbzylinders ausgebildet und hat u. a. eine durchgehende axial-flache Aussparung oder Kanal 2, vgl. auch Figur 18. Links und rechts der Aussparung / Kanal 2 sind z. B. paarweise dünne Rippen oder Rippenansätze 3 bzw. (3a in Figuren 5) angeordnet, welche den Innenraum der Rasterhalbschale 1a in einzelne Kammern 76 unterteilen. Die einzelnen Kammern 76 sind in Längsrichtung der Rasterhalbschalen Fig. 1a, 1 b hintereinander angeordnet. Weiter sind die Rippen/Ansätze 3, 3a oder Luftspaltnuten am Innenumfang der Rasterhalbschale 1 a, 1 b platziert, vorzugsweise paarweise in Form von beispielsweise Kreissegmenten.
  • Zur Anflanschung von so genannten Außengehäusen 10 sind jeweils am Ende der Rasterhalbschalen 1a, 1b umlaufende Nuten 5 oder Segmentnuten vorgesehen, die u. a. zur Befestigung der Außengehäusen 10 dienen, wie folgend beschrieben wird:
  • Die Figuren 2 bis 2c zeigen Querschnitte durch Rasterhalbschalen 1a, 1b bzw. die Fügungsbeispiele zeigen Fig. 2b und 2c. In Figur 2 ist die Seitenansicht der Außenseite einer Rasterhalbschale 1a, 1b gespiegelt. Die Rippen/Ansätze 3, 3a sind unabhängig von ihrer radialen Höhe vorzugsweise als starre Rippen bzw. Rippenansätze 3a Fig. 5b, oder Nuten Fig. 19b ausgebildet, die mit der Innenwand der Rasterhalbschale 1a, b verbunden sind.
  • Figur 2a zeigt einen Schnitt durch die Rasterhalbschale 1a im Bereich der starren Rippen 3. Die Rippen 3, 4 sind jeweils durch die Aussparung oder den Kanal 2 voneinander getrennt und vorzugsweise paarweise ausgebildet. Die Figur 5c zeigt eine isometrische Ansicht einer Rasterhalbschale mit starren Rippen 3 und bis zur Abscherung biegbaren Rippen 4 oder Noppen 4a in Fig. 5c. Die axial geringfügig biegbaren Rippen oder Noppen 4, 4a sind vorzugsweise in den jeweiligen Außenpartien der Rasterhalbschalen 1 a, 1 b angeordnet. Die Figuren 19b, 19d bzw. 5g zeigen alternative Ausgestaltungen von Rasterhalbschalen mit Nuten an den Innenflächen. Die Gesamtlängen der Rasterhalbschalen 1a und 1 b sind kleiner als die Längen der hintereinander gereihten Kernscheiben 9 plus der Summe der Luftspalte. D. h. die stirnseitigen, äußeren Kernscheiben oder Kernteile 9 ragen geringfügig bis zu wenigen Millimeter Überstand 38, 39 aus den geschlossenen Rasterhalbschalen 1a, 1 b (Figuren 5d, 5e) hinaus. Dies ist erforderlich, um eine Kraft 53, 54 Fig. 5d, 5e) jeweils auf die äußeren Kernscheiben 9 oder Kernteile ausüben zu können, damit der Kernscheibenabstand plus/minus verstellt und damit die Länge der Kernsäule eingestellt werden kann, andererseits aber auch, damit auf die Flächen der äußersten Kernscheiben bzw. Kernteile sowie die Joche 17 bzw. 40 (Fig. 28) ohne Spalte aufgelegt werden können. In ihren axialen Seiten hat jede Rasterhalbschale 1a eine durchgehende Zarge 6 in Fig. 2b sowie eine durchgehende Nut 7, mit welchen diese mit einer anderen identisch aufgebauten Rasterhalbschale 1 b zu einem zylindrischen Gehäuse 1 verbunden werden kann.
  • In den Figuren 4 - 5e sind die Noppen im Lose-Zustand Fig. 5d, wobei der Luftspalt 36 groß und in ungespanntem Zustand ist, und gespannten Zustand Fig. 5e gezeigt, bei dem die Luftspalte 37 verkleinert sind. Leichte und beschädigungslose Biegbarkeit der Noppen 4a (Fig. 5e, 35) ist möglich, weil um die Noppenfüße jeweils Innenaussparungen 34 in Fig. 5c angeordnet sind, was eine Noppen- Abscherung bei Verschiebung verhindert. Gleiches gilt für die Rasterhalbschalen mit Rasternuten, Fig. 19, Pos. 89.
  • Die Differenz zwischen dem Durchmesser der Kernscheiben 9 und dem Tiefenmaß der Aussparungen über den Innendurchmesser der Kammer Fig. 4a hinaus, ermöglicht eine axial elastisch federnde Verstellung gemäß Fig. 5e jeweils z. B. zwischen einer oder mehrerer Kernscheiben 9 bzw. deren Luftspalten, Fig. 5e, die nach Verguss nicht mehr verstellbar ist.
  • Die Figur 5g zeigt alternativ zur Noppen-Justierung auch elastische Zwischenlagen Fig. 5g, Pos. 78, 79, 80, in Form einer komprimier- aber auch rückdehnbaren dünnen Platte, die anstelle unter Umständen zusätzlich zu biegbaren Rippen 4 oder Noppen 4a eingesetzt werden könnte, wenn wesentlich große Verstellhübe zu realisieren sind, was aber bei Standarddrosseln nicht erforderlich ist.
  • Die Figuren 3 und 3a zeigen Ansicht bzw. einen Schnitt durch eine Rasterhalbschale 1 a mit eingelegten Kernscheiben 9 als magnetische Kernsäule. Die Rasterhalbschale 1a umfasst Rippen 3, 4 oder Rippenansätze, Noppen 4a, vgl. Fig. 5 ff. In die Hohlräume bzw. Rasterkammern 3b zwischen den Rippen 3, 4 oder Noppen 4a werden Kernteile , z. B. in Form von Kernscheiben 9, eingelegt, wobei die Plus-Toleranz- Durchmesser der Kernscheiben 9 geringer sind, als die Innendurchmesser zweier zusammen gefügter Rasterhalbschalen 1 a, 1 b oder auch Scharnier- geschlossene Rasterhalbschalen Fig. 5h bis 5k. Jeweils an den Enden der Rasterhalbschalen ist der Innendurchmesser der gefügten Rasterhalbschalen vermindert Fig. 5c, 57, d. h. die beiden äußersten Kernscheiben sitzen spielfrei oder unter leichter Pressspannung in den unvergossenen Rasterhalbschalen 1 a, 1 b. Somit können beim Aufziehen der Außengehäuse Fig. 6,7, 25 und 28 auf die unvergossenen Kernsäulen die Endpartien der Rasterhalbschalen-Hohlkammern spielfrei zusammen gedrückt werden, weil die Kernscheiben 9 starr sind, in den Offenkammern Fig. 5c, 57 sitzen, was zu einer guten Kraftschluss-Verbindung zwischen Kernsäulen und Außengehäuse führt. Fig. 6, 7, 25, 28
  • Ansonsten sind die "Dicken" oder "Höhen" der Kernscheiben 9 geringfügig kleiner als die minimalen Durchmesser und Axialmaße der Kammern 76 also der Abstand zwischen Rippen 3, Rippenansätzen 3a und Noppen 4.
  • Nach dem Einlegen der Kernteile oder Kernscheiben 9 in die Kammern 76 (Fig. 1, und Fig.) zwischen den Positionen 3-3, 3-4, 4-4 bzw. 3a-3a bzw. 3a-4a und 4a-4a wird die Rasterhalbschale 1 a mit einer zweiten Rasterhalbschale 1 b verschlossen oder analog der Figuren 5h oder 5k mittels eines Biegescharniers 52 geklappt. Damit erübrigen sich übliche Stapelarbeitsgänge, bei denen Kernscheiben/Teile Stück für Stück aufeinander gestapelt und geklebt werden müssen. Die beschriebene Technik des Einlegens der Kernteile 9 in die Rasterhalbschalen 1a, b ist rationeller und präziser als das Stapeln einzelner Kernscheiben oder Kernteile, auch wenn Stapeltechniken automatisiert oder teilautomatisiert sind.
  • Erfindungsgemäß reduziert sich der Aufwand zum Zusammenführen der Kernteile 9 auf einfache und kurzzeitige Einlegevorgänge der Kernteile 9 in die Kammern (Fig. 3a, 3b 4, 4a) der Rasterhalbschale 1a und das Klebefügen der zweiten Rasterhalbschale 1 b, bzw. Fig. 5d, 5e erheblich. Außer einer evtl. Klebung der Zargen 6 und Nuten 7 der Rasterhalbschalen 1a, 1 b sind keine weiteren manuellen oder automatisierten Operationen zur Zusammenstellung der Rasterschalen mit Kernteilen notwendig.
  • Die Figur 4 zeigt z. B. die gefügte Konfiguration 1 a, 1 b bestehend aus Rasterhalbschalen 1 a und 1 b. Die Figur 4a zeigt zusammen gesetzte Kernsäule 1 mit eingelegten Kernteilen 9.
  • Die Figuren 5, 5a bis 5g zeigen im Detail Querschnitte des Zusammenbaus von Rasterhalbschalen 1 a und 1 b (Fig. 19 ff.). Jede Rasterhalbschale 1 a, 1 b umfasst am Innenumfang verteilte Rippen 3 (Fig. 5a) oder Rippenansätze 3a (Fig. 5b), sowie biegbare Rippen 4 (Fig. 5) oder Noppen 4a (Fig. 5c), welche die Zwischenräume, also Kammern 3b, zur Aufnahme der Kernteile 9 bilden.
  • Weiter besteht auch die Möglichkeit, Scharnier-Rasterhalbschalen Fig. 5h bis Fig. 5k herzustellen. Die beiden Rasterschalten, quasi ein Unter- und Oberteil, sind an eine ihrer Längsseiten mit einem Biegescharnier 52 miteinander verbunden und können mittels dieses Biegescharniers 52 zusammengeklappt werden. In diesem Falle wird eine Seite der Doppel-Rasterhalbschale (Fig. 5j) mit Kernscheiben bestückt und die nicht bestückte Rasterhalbschale auf die bestückte Rasterhalbschale geklappt.
  • Vorteilhaft ist die natürliche Dichtheit der Mantelscharnierverbindung. Des Weiteren werden keine Handhabungen und Aufsetzjustierungen (Fig. 5i) mit der zweiten Rasterhalbschale benötigt, weil das integrierte Biegescharnier 52 keine Verschiebung der Rasterhalbschalen untereinander zulässt.
  • Welche der erfindungsgemäßen Versionen gewählt werden, Einzel-Rasterhalbschalen Fig. 1 oder Doppel- Rasterschalen, oder Rasterhalbschalen mit Nuten Fig. 5 folgende, Rasterhalbschalen-Ausführungen alle Versionen können mit den so genannten Außengehäusen 10 verbunden werden.
  • Die Figuren 6 bis 6b und 27 und Explosionszeichnung Fig. 28 beispielsweise zeigen Außengehäuse 10, 43, welche mit Rasterhalbschalen-Kernsäulen verbunden werden können. Diese Außengehäuse 10, 43 bestehen z. B. aus einer Zwei-Loch-Basisplatte, Befestigungsstegen und bei Version Fig. 27 zusätzlich aus einem Umrandungskragen, der für speziell geformte Joche und der Aufnahme von Gießharz Fig. 28 konzipiert ist.
  • Die Basisplatte des Außengehäuses Fig. 6 a, b, P10 umfasst Bohrungen 11 mit Hinterschneidungen 12, damit die Kernsäulen kraftschlüssig und scherfest am Außengehäuse 10, 43 arretiert werden können. Die Öffnungen 11 mit den Hinterschneidungen 12 werden mit Klemmschrauben 13 in ihren Durchmessern vermindert, indem die Klemmschraube 13 angezogen wird. Die Hinterschneidungen 12 der Bohrungen 11 der Außengehäuse in Fig. 25, 28 greifen in die Nuten 5 der Kernsäulen 1 ein und werden durch Klemmschrauben 13 in den Nuten 5 verklemmt.
  • Der verbleibende Spalt Fig. 6a, 14 kann mit Dichtungen Fig. 6, 15 so abgedichtet werden, dass die Verbindungen zwischen Gehäuse 1, den Außengehäusen 10 und den am/im Außengehäuse gehaltenen Jochen 17 geschlossen ist und beim Ausgießen der Hohlräume keine Lecks den Vergussvorgang stören.
  • Nachdem z. B. die Wicklungen auf die vormontierten Gehäuse 1, gleich welcher Ausführung, aufgebracht sind, werden die Außengehäuse Fig. 6a, b, 10 über die Hinterschneidungen 12 an den Enden der Kernsäulen gerückt. Der Anzug der Klemmschrauben 13 in den Außengehäusen 10 (Fig. 7c oder Fig. 27), flanscht die Außengehäuse 10 kraftschlüssig auf die Kernsäulen auf.
  • Figur 9 zeigt eine Einzelwicklung 16, wie sie auf das Gehäuse 1 aufgebracht wird.
  • Figur 9a zeigt eine Draufsicht auf eine Einzelwicklung. Es bildet sich zwischen den Gehäusen 1 mit Kernsäulen über die Schnittstelle Außengehäuse 10 eine Verbindung, die z. B. durch die automatische Verklebung mit dem Strukturguss, noch stabiler gemacht werden kann. Die mit Jochen 17 bestückten Außengehäusen 10 und damit verbundenen Gehäuse 1 mit Kernsäulen werden nach dem Zusammenbau mit niederviskosem Füll- und/oder Klebeharz befüllt. Dabei wird das Differenzvolumen Fig. 29a zwischen Innenraum der Rasterhalbschalen 1a, b abzüglich der Summe der Volumina der Kernteile 9 plus Jochklebung gefüllt.
  • Die Gussmasse fließt durch die axial gedichteten Rasterhalbschalen Fig. 29a und füllt sich von der Innenseite Joch 40, Außengehäuse 10 über die einzelnen Kernscheiben 9 bis zum Auffüllraum zwischen dem "oberen" Außengehäuse 43 und Joch 40, wo keine Dichtung platziert ist, auf.
  • Gleichzeitig entweicht die durch Harz verdrängte Luft aus den Hohlräumen der Gehäuse 1 mit Wicklungen 16 und den Klebe- und Gussräumen zwischen Außengehäusen 10 und Jochen 17. Als Gussmasse, wird in der Regel dünnflüssiges Gieß-, Polyester- oder PU-Harz etc. verwendet, aber auch Standard Harze.
  • Die Figuren 4, 4a, 4b zeigen, wie Kernscheiben 9 oder Kernteile einer Kernsäule in die Rasterhhalbschale 1a eingelegt werden. Die Kernscheiben oder Kernteile 9 haben in der Regel ein geringes axiales Spiel in ihren jeweiligen Kammern, weil die Rippen 3 bzw. Rippen 4 dünner ausgebildet sind, als der vorgesehene und berechnete Luftspalt zwischen den Scheiben oder Kernteilen 9.
  • Toleranzen der Kernteile 9 werden problemlos ausgeglichen. Die zweite Rasterhalbschale 1 b wird über die mit Kernteilen 9 gefüllte Gehäusehälfte 1 a verschlossenen. Zuvor kann - alternativ muss aber nicht- Klebstoff in die Nut 7 oder an die Zarge 6 der Rasterhalbschalen eingebracht werden.
  • Mit z. B. Schneidschrauben Fig. 7d, 18 in den Brückenverbindungen 19, wird eine Verbindung mit den Außengehäusen 10, 51 hergestellt, wobei die Joche auf die Kernstapel im Gehäuse 1 gepresst werden. Mit den Brückenverbindungen 19 können die äußeren Kernscheiben 9 gespannt werden, wodurch z. B. mehrere Luftspalte mit biegbaren Noppen 4, 4a (Fig. 5e) eingestellt werden.
  • Nach dem Vorspannen der Joche 17, 25, 28 und der Einstellung der Abstände der Kernscheiben 9 oder Kernteile im Kernstapel kann die Aushärtung der Vergussmasse einsetzen, Fig. 29. Bei der Justierungen der Kernstapel kann z. B. auch die "Schrumpfung" der Vergussmasse vorlaufend mit korrigiert werden, dadurch, dass die Differenz, Vergussmasse flüssig - später ausgehärtet, berücksichtigt wird, Figuren 5d, e.
  • Die Vorteile der Rasterhalbschalen 1 a, 1 b als Komplettumhüllung mit geflanschten Außengehäusen Fig. 25, 28 sind also neben der stark vereinfachten Fertigung die Eingrenzung von Montagefehlern und die Auffüllung der Luftspalte und die jetzt mögliche planparallele Klebung der Joche.
  • Die Kernidee der einfachen Konfektionierung von Kernsäulen und ihrem Umfeld mit Kernscheiben oder Kernteilen, Jochen wird auch mit variabel alternativen und abgewandelten Elementen und Herstellverfahren beibehalten.
  • Wenn es zum Beispiel darum geht Kernstapel vor dem Umspritzen oder dem Vergießen bezüglich ihrer Induktivität einzustellen, können z. B. Rasterleisten 69 auch mit stirnseitig angeordneten Halterungen gemäß den Figuren 21-24 verbunden werden. Die Kraftbeanspruchung der Konstruktion aus Rasterleisten 69 und Halterungen 70 mit dünnen Wandstärken, reicht für die Justierung des Induktivitätswertes aus.
  • Dergestalt, dass eine Spritz- oder Gießform in Form von Rasterleisten 69 mit Kernscheiben 9 bestückt und die Länge der Kernsäulen mit Hilfe von Jochen 71 (Fig. 24) eingestellt werden kann, indem die Kernstapel zusammengepresst werden, bis die Nenninduktivität erreicht ist. Erst dann folgt der Umspritzvorgang zum Beispiel gemäß der Kernsäule, Fig. 12. Eine Kernsäulenkennzeichnung stellt sicher, dass bei der Montage der Drosseln die jeweils justierten Kernsäulen bis zur Endmontage zusammen bleiben.
  • Eine ähnliche Vorgehensweise ist mit so genannten Kernsäulenleisten Fig. 22-24 möglich. D.h. die Kernscheiben 9 oder Teile werden mit zum Beispiel drei oder vier Rasterleisten 69 vor dem Einlegen in eine Spritzform Fig. 21, 23 durch die Halterungen 70 fixiert und gemäß geschildertem Verfahren eingestellt, ebenfall umspritzt oder umgossen. Figur 24.
  • Die Figuren 26-32 zeigen auf Großserien-Fertigung zugeschnittene Drossel-Konzeption auf, bei bisher übliche Einzelteil-Konfigurationen substituiert und weiter entwickelt sind.
  • In einer Explosionsskizze Fig. 28 bzw. bzw. der Fig. 29a wird eine Drossel aufgezeigt, die für hohe Stückzahlen konzipiert ist. Damit kompakte Bauformen entstehen, werden handelsüblichen Quader-Joche nicht mehr eingesetzt. Anstelle standardisierter quaderförmiger Joche wurden flussspezifisch geformte Joche" Fig. 26 konzipiert, anhand unterschiedlicher Magnetflüsse über die Jochlänge. Das heißt, dass z. B. der am größten dimensionierte Querschnitt in der Mitte eines Joches 40 ist, weil nur ort der volle magnetische Fluss ist. Alle Querschnitte außerhalb des Mittenbereichs des Joches können auf die Hälfte -links/rechts der Mitte- oder weniger große Querschnitte vermindert werden. D. h. alle vom Mittelbereich nach Außen gehenden Querschnitte Fig. 26, Ziffern 65, 64, 63 werden den tatsächlichen magnetischen Flüssen angenähert. Dies schafft Raum für die Unterbringung von Anschlüssen, Kontaktarmaturen, Wicklungsbrücken, und integrierten Fußkonstruktionen der Drosseln Fig. 27, 28.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Auflageseite dieser Joche abgesetzte Oberflächen Fig. 26 erhält. Die Planfläche des Joches für den Übertritt des magnetischen Flusses wird vorteilhafter Weise nur wenig "breiter" gestaltet als der Durchmesser der Kernscheiben. In dem Absatz Fig. 26 können Verbindungsbrücken Fig. 31, Litzenanschlüsse 84 untergebracht werden, was vorteilhaft für minimierte Gesamtvolumen und gegossene Innenisolierung zum Joch ermöglicht. So wird - bei gleichzeitig besserer Fluss- Querschnitt- Performance - bis zu 30% Werkstoff bei den Jochen gespart
  • Weiter werden für die Realisierung eines kompletten Innenvergusses einer Drossel Fig. 28, also der Schaffung einer festen Verbindung zwischen Kernscheiben/ Kernteilen, Außengehäusen und Jochen, separat eingegossenen Anfängen, Enden, Verbindungen der Wicklungen oder Kontaktstücken alle Befestigungen zusammengefasst und integriert.
  • Die Explosionszeichnung Fig. 28 zeigt dies. Die Zeichnung in der Zusammenstellung Fig. 29 zeigt auch wie die Volumen- und Gewichtsreduzierung einer Drossel erreicht wird.
  • Mit den erfindungsgemäßen Rasterhalbschalen Figuren 5 bis 5k, den Außengehäusen Fig. 27, Fig. 29 werden konzeptbedingt minimale Kapazitäten zwischen den Wicklungen und gegen Erde erreicht, was für die Anwendung in Wechselrichtern vorteilhaft ist, weil in der Regel die minimierten Kapazitäten die Schaltverluste der Halbleiter in Wechselrichtern mindern.
  • Aus der erfindungsgemäßen Konzeption ergeben sich bisher nicht erreichte Spannungsfestigkeiten, Beständigkeit gegen Feuchtigkeit größere Kriechwege zwischen Wicklungen und mechanischen Befestigungen der Drosseln, was Sicherheit, Stabilität und sehr geräuscharme Drosseln Fig. 25- 31 zur Folge hat. Klebebrüche zwischen den Kernscheiben 9, Fig. 12, 14, 15, 24, 25-31 und Kernteilen sind quasi ausgeschlossen. Wenn dennoch ein Klebebruch zwischen Kernscheiben 9 vorkommen sollte, hat dies keine Folgen, weil die Rasterhalbschalen die Kernsäulen ohne Unterbrechungen stabil verbunden halten. Die Figur 13 zeigt alternativ zu den vorhergehenden Ausführungsformen eine Komplett-Herstellform, bestehend aus einem Unterteil 25 und einem Oberteil 26. Mit Hilfe dieser Herstellform 25, 26 können komplett ein- oder mehrteilig gespritzte oder gegossenen oder druckgelierte Kernsäulen hergestellt werden. Bei der Herstellform werden pro Kernteil jeweils zwei oder mehrere Haltestifte 27 im Unterteil 25 der Herstellform angeordnet. Die Kernteile 9 können dadurch in der im Unterteil 25 genau mit definiertem Abstand (Luftspalt) fixiert werden. Das Oberteil 26 der Herstellform weist pro Kernscheibe oder Kernteil 9 einen Fixierstift 28 auf. Drei Fixierstifte 27, 28 für jedes Kernteil 9 reichen aus, um die gesamte Anordnung von Kernteil 9 vor dem Gussvorgang genau in der Herstellform zu fixieren.
  • Am Anfang bzw. am Ende der Stapel von Kernscheiben oder Kernteilen 9 befinden sich in der Form Aufnahmen zur Umschließung der Kernscheiben bzw. zum Abdichten an den Enden der Kernsäulen, wenn Kernsäulen-Einzelverguss praktiziert wird. Die ist nicht der Fall wenn die Kernsäulen mit Außen- oder Integralgehäusen versehen werden, wie nachstehend noch beschrieben wird.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Figur 20 können die Stiftanordnungen in einer Spritz- oder Gießform entfallen, wenn zum Beispiel Rasterhalbschalen 72 mit einem dünnen, mit Löchern versehenden Mantel eingesetzt werden. Das Lochmuster im Mantel der Rasterhalbschale 72 ermöglichen den ungehinderten Eintritt der Spritz- oder Gießmasse in die Spalte zwischen den in der Rasterhalbschale eingelegten Kernscheiben oder Kernteilen, sowie den Verschluss des Isolier-Zylinderteiles um die Kernscheiben oder Teile.
  • Mit wenig Aufwand können Kernsäulen mit Rasterleisten 69 gemäß den Figuren 21 bis 24 hergestellt werden. Es reichen zwei oder drei Rasterleisten 69 aus, um in einer Spritzform, Fig. 24, Kernscheiben oder Kernteile 9 genau einzubringen und gemäß Vorstehendem zu umspritzen oder zu umgießen. Auch hier bestehen wieder zwei Möglichkeiten der Realisierung. Zum Einen können die Rasterleisten 69 in die Halterungen 70 eingelassen werden, Fig. 23; zum Anderen können mit einer Endfixierung die Rasterleisten 69 auch in einfache Durchmesser-Halbschalen, Fig. 21, eingelegt werden. Im ersteren Falle gemäß Fig. 23 kann die schon konzeptbedingte niedrige elektrische Kapazität gegen Erde noch weiter abgesenkt werden, weil die Wicklung am Innendurchmesser nur eine geringe Auflagefläche an den Rasterleisten 69 hat. Im zweiten Falle entspricht die Kapazität der Wicklung gegen Erde den vorherigen Ausführungen.
  • Alle wie vorstehend mit Kernscheiben oder Kernteilen 9 bestückte Herstellformen gemäß den Fig. 21-24 werden wie bei den Figuren 12 bzw. 13 mit Spritz- oder Vergussmasse gefüllt. Nach dem Erstarren der Spritz- oder Vergussmasse erhält man eine dünn umhüllte Kernsäule. Die Kernscheiben 9 sind durch Rasternoppen oder Scheiben und mit Spritzgussmasse gefüllte Luftspalte voneinander getrennt. An den Enden vorgesehene, geprägte Montagenuten dienen zur Befestigung an einem Außengehäuse 10.
  • Weiter besteht die Möglichkeit, zwei in einer Herstellform 25, 26 gefertigte Kernstapel zusammen mit der Konfiguration eines Außengehäuses 10 zusammen spritzen oder zu gießen und nach Aufbringung der Wicklungen für das induktive Bauteilelement Einzel-Außengehäuse zu montieren.
  • Wie in den Figuren 14 bis 17 gezeigt, können in Gehäusen 1, bestehend aus Oberteil und Unterteil, auch nicht runde Kernteile 30, 31 aufgenommen werden. Beispielsweise zeigen die Figuren 14-17 Gehäuse 1, in welchem quader- oder würfelförmige Kernteile enthalten sind. Bei dieser Konfiguration können Spannbolzen 32, Fig. 14, in die Umhüllungen der Kernsäulen Fig. 14, 15 eingebracht werden, welche zur Befestigung von Außengehäusen, Jochen oder Lagerschilder oder Flansche dienen können.
  • Die Figuren 16,17 zeigen Konfigurationen eines derartig gespritzten oder gegossenen Gehäuses 1 in welchen rechteckige Kernteilen 30, 31 angeordnet sind. Die Kernteile haben unterschiedliche Abmessungen und Dicken, um die Querschnitte der Kernsäulen bestmöglich auszufüllen. Diesbezüglich zeigt Figur 16 einen Querschnitt einer Kernsäule, wobei man erkennt, dass der Gesamtquerschnitt aus einem quadratischen Kernteil 30 und auf den Seiten verteilt, sich vier rechteckige Seitenkernteile 31 sich anschließen.
  • Analog zeigt Figur 17 zeigt eine gestaffelte Kernkonfiguration. Es sind Kernteile 30, 31 angeordnet, die in ihren Abmessungen -Folienbreite- differenziert abnehmen und somit den runden Querschnitt des Gehäuses 1 nutzen und ausfüllen. Die Kernsäulen aus Kernteilen 30, 31 werden durch entsprechende Zwischenlagen oder Rippenansätze voneinander getrennt, welche dann die Luftspalte ausbilden.
  • Die Figuren 19, 19a, 19b, 19c und 19d zeigen Rasterhalbschalen 1 b in verschiedenen Ansichten und das zusammengesetzte Gehäuse 1 gemäß Figur 19c und 19d. Zum Befüllen des Gehäuses 1 mit Gussmasse sind wiederum Aussparungen / Kanäle 2 an der Innenwand wie bei Rasterhalbschalen 1a, 1b angeordnet.
  • Dies zu den verschiedenen Ausgestaltungen von Rasterhalbschalen- Kernsäulen mit Außengehäuse und Innenverguss.
  • Anstelle der Außengehäuse Fig. 28 können aber auch "integriert geformte Kunststoff-Wannengehäuse verwendet ab Fig. 30 werden, die an bisherige Drosselgehäuse - aus Metall- anknüpfen aber mehr fertigungs- bzw. elektrische Funktionen als bisherige Gehäuse aufweisen. Die Kunststoff- Wannengehäuse Fig. 30-32 bestehen aus quasi rechteckigen Gehäuseteilen im Jochbereich. Die Rechteckformen gehen außerhalb der Joche in halbkreisförmig-parallele Wannen Fig. 32 e über. Die Angleichung der Kunststoff Gehäuseteile an die Konfiguration der Drossel spart Vergussmasse und bewirkt mehr mechanische Stabilität.
  • Hinzu kommen in dieser Art Integral- Kunststoff- Wannengehäuse Kleinmulden Fig.32a, 67 für die Aufnahme der Schweiß- oder Lötverbindungen zwischen Leiterprofilen, Litzen Fig. 31, 84 oder Verschaltungs-Brücken Fig.31, Pos. 85. Zusätzlich sind Abstands und Isolierstege Fig. 32a, 68, 76 für die Verschaltungsbrücken vorgesehen. Diese Gestaltung ermöglicht, dass keine Bandagier- oder Schlauch-Isolierungen im Bereich der Leiter-Kontaktierungen erforderlich werden.
  • Die Kernsäulen Fig. 31 können in die Kernaufnahmen Fig. 32a 67 gelegt werden, wobei die Joche jeweils "hinter den Aufnahmen" Fig. 32e 76 gelegt werden. Hinter oder vor den Halterungen sind Isolier- und Abstandsstege Fig. 32a platziert, die die Verschaltungsbrücken der Wicklungen einerseits zur Wicklung, andererseits zu den Jochen, ohne sonst übliche Isoliermaßnahmen distanzieren. Nachdem in die Wannengehäuse Fig. 30 folgende Kernsäulen mit Wicklungen und Jochen eingelegt sind, können vor dem Verguss die Drosseln mit den Stellschrauben justiert werden. Dazu sind in den Stirnseiten Fig. 30, 81 kleine Naben mit Bohrungen und anschließenden Rohrstutzen 88, die den Schraubenkopf überdecken, vorgesehen in welche die Stellschrauben gedreht werden und die Induktivität genau eingestellt werden kann, wobei der Schraubenkopf-Rohrstutzen 88 das Jochpotenzial abdeckt.
  • Sonst verwendete externe Spannvorrichtungen für die Stapelung, Fixierung und Einstellung der Kerne oder der Kerne mit Jochen können entfallen. Jede einzelne Drossel kann unmittelbar und sehr genau auf ihre L-Nennwerte eingestellt werden, inklusive der Vorjustierungen, die minimalen Schrumpf des Komplettvergusses berücksichtigt.
  • Beim Verguss ist es so, dass die Vergussmasse über die Kanäle zwischen Rasterhalbschalen und Kernscheiben in das Innere der Kernsäulen gelangt und sich ein kompakt vergossenes Drossel-Bauelement ergibt.
  • Mit der Verguss-Einbettung der Kernscheiben in die Rasterhalbschalen braucht der Verguss nicht vollständig die Luftspalträume - wie bei der Außengehäuse-Version- zu füllen. Ein unter bis über die Mittellinie bzw. zum Eintauchen des Rasterhalbschalendurchmessers reichender Verguss reicht, um die nötige Kompaktheit der Kernsäulen herzustellen, damit Vibration und Geräusche ausgeschlossen sind,
    • Liste der Bezugszeichen
    • 1
    Gehäuse
    1a, 1b
    Rasterhalbschale
    2
    Aussparung / Kanal
    3
    Rippe, (starr)
    3a
    Rippenansatz, (starr)
    4
    Rippen biegbar
    4a
    Noppe biegbar
    5
    Nut für Außengehäuse
    6, 6'
    Zarge
    7, 7'
    Nut
    9
    Kernscheibe oder Kernteil (Kernscheibe)
    10
    Außengehäuse
    11
    Öffnung, Bohrung
    12
    Hinterschneidung
    13
    Klemmschraube
    14
    Spalt
    15
    Dichtung
    16
    Wicklung
    17
    Joch
    18
    Scheidschraube
    19
    Brückenverbindung
    20
    Steg Fixierleiste
    21
    Durchmesserfixierung Leiste
    22
    Durchmesser- Nutfixierung Leiste
    23
    Auffüllräume für Spritzguss- oder Gussmasse
    24
    Induktivitäten- Justierjoch in Spritz- oder Gussmaschine
    25
    Herstellform (Unterteil)
    26
    Herstellform (Oberteil)
    27
    Fixierstift (Unterteil)
    28
    Fixierstift (Oberteil
    30
    Kernteil für Kernsäulen
    31
    Kernteil für Kernsäulen
    32
    Spannschraube
    34
    Aussparung, Einstellbereich Noppen
    35
    Noppe biegsam
    36
    Luftspalt ungespannt, groß
    37
    Luftspalt eingestellt, verkleinert
    38
    Überstand Kernscheibe in Rasterschale, Außen
    39
    Überstand Kernscheibe in Raterschale, Außen, eingestellt
    40
    Joch
    43
    Außengehäuse
    45
    Kontaktmulde
    46
    Kontaktmulde mit Wicklungsende und Litze vergossen
    47
    Kabelschuhanformung Wicklungsende/Anfang
    48
    Verbindung Wicklung Ende- Litze
    49
    Verbindung Wicklung- Anschlussarmatur
    50
    Stromverbindung Wicklungen
    51 52
    Biegescharnier
    53
    P1-Kraft Kernsäule ungespannt
    54
    P2-Kraft Kernsäule gespannt und eingestellt
    55
    Doppelhalbschale Aufklappwinkel groß
    56
    Doppelhalbschale Aufklappwinkel klein
    57
    Zentrier- und Haltebund für Außen- Kernscheiben
    58
    Dichtung Kernsäule-Außengehäuse-Joch, Spalt
    59
    Harzeinfüllung
    60
    Harzfüllung Kern
    61
    Harzfüllung Außengehäuse
    62
    Fluss in Joch- optimierten Querschnitten
    63
    Querschnitt
    64
    Querschnitt
    65
    Querschnitt
    67
    Distanzausgießmulden für Anschlüsse
    68
    Distanzkanäle für Brücken
    69
    Rasterleiste
    70
    Halterung
    71
    Joch
    72
    Rasterhalbschale (gelocht)
    73
    Kunststoff-Wannengehäuse
    74
    Joche im Wannengehäuse
    75
    Rasterhalbschalen im Wannengehäuse
    76
    Kammer760 Kernsäulenaufständerung im Wannengehäuse
    78
    Zwischenlage
    780
    Isolierstege in Integralgehäuse
    79
    Zwischenlage
    790
    Stellschraubennabe, verstärkt am Isoliergehäuse
    80
    Zwischenlage
    800
    Stellschraubenbohrung in Integralgehäusen
    81
    Stellschraube
    83
    Rasterschalen-Kanäle für Harz-Verguss
    84
    Litzenanschlüsse
    85
    Verbindungsbrücke Wicklungsanschlüsse
    86
    Mittelachse Drossel
    88
    Rohrstutzen, elektrische Abdeckung der Spannschrauben
    89
    Nuten

Claims (22)

  1. Induktives Bauteil mit mindestens einem Gehäuse (1), in welchem eine oder mehrere magnetische Kernsäulen aufgenommen werden und auf welchem mindestens eine Wicklung (16) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (1) dessen Innenraum begrenzende, innere Mantelflächen aufweist, an denen mehrere, radial in den Innenraum ragende Rippen oder Rippenansätze oder Noppen (3; 3a; 4; 4a) oder Nuten (89) mit Zwischenlagen (78-80) angeordnet sind, wobei der Innenraum durch die Rippen oder Rippenansätze oder Noppen (3; 3a; 4; 4a) oder die Nuten (89) mit Zwischenlagen (78-80) in mehrere aneinander gereihte Kammern (76) zur Aufnahme von Kernscheiben oder Kernteilen (9; 31, 31) der magnetischen Kernsäule unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernscheiben oder Kernteile (9; 30, 31) durch eingegossene Vergussmasse in die Kammern (76) unverrückbar fixiert werden, wobei ein Innenstrukturverguss vorgesehen ist, bei dem das Differenzvolumen zwischen den Kammern und dem Volumen der Kernscheiben oder Kernteilen mit der Vergussmasse gefüllt ist.
  2. Induktives Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kernscheibe oder Kernteil (9; 30, 31) durch mindestens eine Rippe oder Rippenansatz oder Noppen (3; 3a; 4; 4a) oder eine Nut (89) mit Zwischenlage (78-80) von einer benachbarten Kernscheibe oder Kernteil getrennt ist, und diese Rippe oder Rippenansatz (3; 3a; 4; 4a) oder die Zwischenlage einen Teil eines vorgegebenen Luftspaltes zwischen den benachbarten Kernteilen (9; 30, 31) herstellt bzw. ausbildet.
  3. Induktives Bauteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Rippen oder der Rippenansätze oder Noppen (3, 3a; 4, 4a) oder Zwischenlagen (78-80) vorzugsweise kleiner ist als die Dicke der vorgegebenen Luftspalte zwischen Kernscheiben oder Kernteilen (9, 30, 31).
  4. Induktives Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl starre Rippen oder Rippenansätze (3, 3a) als auch in axialer Richtung, zusätzlich biegbare, auch axial flexible Rippen oder Noppen (4, 4a) vorhanden sind.
  5. Induktives Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kammern (76) durch mindestens zwei in der Wandung des Gehäuses (1) axialer Richtung verlaufende Aussparungen oder Kanäle (2) miteinander verbunden sind.
  6. Induktives Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden des Gehäuses (1) Einrichtungen und Nuten (5) zur Befestigung von Außengehäusen (10) vorgesehen sind.
  7. Induktives Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außengehäuse (10) kreisförmige Aufnahmen und Hinterschneidungen für die Nuten (5) des Gehäuses (1) aufweisen.
  8. Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauteils gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durchgehend verbundene Innenräume von zusammen gefügten Komponenten, welche ein aus Rasterhalbschalen zusammengefügtes Gehäuse (1), ein erstes Außengehäuse (10), Joche (17), Kernsäulen, und ein zweites Außengehäuse umfassen, mit Vergüssen aus Harz oder Vergussmassen vergossen werden, wodurch Magnetkreise bestehend aus den Kernscheiben oder Kernteilen (9, 30, 31), den Jochen (17), dem umhüllenden Gehäuse (1), den Außengehäusen (10) und gespannte Brückenverbindungen (19) mechanisch und elektrisch fixiert und für die Lebenszeit des induktiven Bauteils unverstellbar gemacht werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Füllharze oder Vergussmassen für einen Innenstrukturverguss durch separat verteilte Kanäle von jeweiligen Spannpassungen der Kernsäulen zu den Innenseiten der Gehäuses (1) und den Außendurchmesser der Kernscheiben (9) Durchfluss Harz-Passierstellen eingebaut sind, der Innenverguss lageabhängig von einem Außengehäuse (10) über die Kernsäulen zum anderen Außengehäuse (10) und den Jochen (17) als Drossel-Innenstruktur-Verguss erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenstruktur Verguss des Bauteils in einen Innenstruktur Verguss oder Innenstruktur Kernsäulen gespritzt oder gegossen oder adaptiven Teilvergüssen Kernsäulen einzeln oder mit Jochverguss aufgeteilt ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zugleich mit dem Innenstruktur Verguss die Kontaktverbindungen der Wicklung in separaten Mulden der Außengehäuse (10) mit vergossen werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Eingussstellen vorhanden sind und von den Eingussstellen ausgehend Spalte und Konfigurationen zwischen Jochen (17) und Außengehäuse (10) bestehen, in welchen die Vergussmasse verlaufend sich verteilen kann und nach der Aushärtung Kernsäulen, Außengehäuse (10) und Joche (17) stabil verbindet.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an den Außengehäusen (10) Eingussflächen vorhanden sind, und an diesen Harz-Verbindungs-Konfigurationen, wie z. B. spritztechnisch hergestellte Feinnoppenflächen zwischen Jochen (17) und Außengehäusen (10) vorgesehen sind, in welchen sich Vergussmasse festsetzt und nach der Aushärtung Kernsäulen, Außengehäuse und Joche kraftschlüssig verbindet.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an den Außengehäuse (10) Quer-Eingussflächen vorhanden sind, und an diesen gießtechnisch verkrallte Harz-Verbindungs-Konfigurationen zwischen Jochen (17) und Außengehäusen (10) vorgesehen sind, die etwa in der Mitte zwischen Kernsäulen, Außengehäuse (10), Jochen (17) und an den Außenecken platzierten Standflächen und ihren Befestigungsbohrungen liegen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Quer-Eingussflächen der Außengehäuse (10) mit den gießtechnisch verkrallten Harz-Verbindungs-Konfigurationen zwischen Jochen und Außengehäusen zusätzlich Auflageflächen angeordnet sind, welche einfache und mehrfache Stapelungen mehrerer induktiver Bauteile übereinander ermöglichen.
  16. Induktives Bauteil nach den Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kammern (76) durch mindestens zwei in der Wandung des Gehäuses (1) in axialer Richtung verlaufende halbkreisförmigen oder angenähert halbkreisförmigen oder trapezförmigen Aussparungen oder Kanäle (2) miteinander verbunden sind, und diese Kernsäulen mit Wicklung, Verschaltung und Anschlüsse in einem Kunststoff-Wannengehäuse (73) angeordnet sind.
  17. Induktives Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Wannengehäuse (73) eng an die Außenkonturen der induktiven Bauteile angepasst ist, Aushöhlungen und Aufständerungen beinhaltet, und das Gehäuse (1) mit Kernscheiben und Wicklung in integrierten Aufständerungen aufgenommen sind.
  18. Induktives Bauteil nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Wannengehäuse (73) zusätzlich offene Mulden und Stege beinhaltet, die Löt- oder Schweißstellen und Verschaltungsbrücken gegen die Wicklung und gegen die Joche distanzieren.
  19. Induktives Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Wannengehäuse (73) außer den integrierten Aufständerungen offene Mulden und Stege beinhaltet, die Löt- oder Schweißstellen und Verschaltungsbrücken einerseits gegen die Wicklung, andererseits gegen die Joche distanzieren, und zudem Aushöhlungen beinhaltet, die sonst anhäufende Harzvolumen aushöhlen.
  20. Induktives Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Wannengehäuse (73), analog den Außengehäusen, Schrauben-Justierungen an den Stirnseiten hat, wobei die Schrauben-Justierungen durch Rohrstutzen, die an die Gewindenaben anschließen, potenzialtechnisch abgedeckt sind.
  21. Induktives Bauteil nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Wannengehäuse (73) mit den eingefügten induktiven Bauteilen so vergossen ist, dass der Harzspiegel von wenig über der Mittelachse bis zum Eintauchen oberhalb der Kernsäulen reichen kann und dabei nur Teile der Wicklungen aus dem Verguss herausragen.
  22. Induktives Bauteil nach den Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Joche (40) vorgesehen sind, die überwiegend im Mittelteil zwischen den Kernsäulen den vollen rechnerischen, auch überdimensionierten Querschnitt aufweisen, und Breite und Dicke des Jochquerschnitts in Stufen oder einer Trapezstruktur reduziert sind, und im Bereich von Brücken und Anschlüssen, Aussparungen in dem Joch vorhanden sind.
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