EP2933806A2 - Kernkörper aus ferromagnetischem Material, Magnetkern für ein induktives Bauteil und Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns - Google Patents

Kernkörper aus ferromagnetischem Material, Magnetkern für ein induktives Bauteil und Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns Download PDF

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EP2933806A2
EP2933806A2 EP15157532.1A EP15157532A EP2933806A2 EP 2933806 A2 EP2933806 A2 EP 2933806A2 EP 15157532 A EP15157532 A EP 15157532A EP 2933806 A2 EP2933806 A2 EP 2933806A2
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EP
European Patent Office
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core
alignment
core body
yoke
dimension
Prior art date
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Martin Grübl
Helmut Rott
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Sumida Components and Modules GmbH
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Publication date
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    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49075—Electromagnet, transformer or inductor including permanent magnet or core

Definitions

  • the present invention relates to a core body made of ferromagnetic material, a magnetic core for an inductive component formed from a corresponding core body, and a method for manufacturing a magnetic core.
  • the present invention relates to core bodies for the production of magnetic cores, which can be used in reactors or transformers.
  • Transformers and inductors are generally inductive components of electrical engineering used in electrical or electronic circuits in various technical fields. Although transformers and chokes have a similar structure, their applications are different from each other. Chokes represent low-resistance coils for reducing high-frequency currents on electrical lines and are used in the field of power supply of electrical and electronic equipment, in power electronics and in high-frequency technology. Transformers are generally used to increase or decrease AC voltages, with mostly the input terminals and output terminals of transformers being galvanically isolated.
  • Fig. 1 schematically illustrates in a non-scale cross-sectional view of a formation of a magnetic core according to a double E-core configuration of two core bodies 1 and 3.
  • the core body 1 in this case has two side legs 11, 15 and a center leg 13. Accordingly, the core body 3 has two side legs 31, 35 and a middle leg 33.
  • a tolerance-related deviation in the widths of the legs 11, 31 of the core body 1 and 3 is based on the reference V1 in Fig. 1 shown schematically.
  • both core bodies 1, 3 are struck in the bonding process on a stop surface 5 for core alignment.
  • the offset increases with increasing distance from the abutment surface 5 (in the normal direction to the abutment surface 5), as in Fig. 1 is shown.
  • the magnetic core formed accordingly from the core bodies 1 and 3 consequently has a very strong asymmetry in its legs. It should be noted that the magnetically effective cross-sectional area at the contact surfaces of the legs of both core bodies 1 and 3 along the magnetic core decreases toward one side of the magnetic core. This results in the core legs (11, 31), (13, 33) and (15, 35) different Values for the magnetic resistance and unwanted sources of leakage flux in the magnetic core, so that the inductance for the magnetic core produced from the core bodies 1, 3 changes uncontrollably and in particular deviates from a desired inductance.
  • a core body which has an alignment structure and allows alignment independent of manufacturing tolerances in the manufacture of magnetic cores, in which the manufacturing tolerances are compensated.
  • the magnetic performance of inductive components to be produced is not adversely affected despite sinter tolerances.
  • a core body of ferromagnetic material comprises a transverse yoke having a length dimension and a width dimension, wherein a ratio of the length dimension to the width dimension is greater than one.
  • the core body includes at least one core leg extending laterally from the cross yoke along an extending direction thereof, the extending direction being oriented perpendicular to the length dimension and width dimension, and an aligning recess formed in a rear surface of the cross yoke. The rear surface is arranged on a side of the transverse yoke opposite the at least one core limb.
  • the alignment recess may be located at the centroid of the back surface.
  • an arrangement of the alignment recess which is independent of manufacturing tolerances, is provided in a reproducible manner on the core body, which enables a symmetrical alignment of the core body.
  • the core body may further comprise at least one second core leg.
  • the alignment recess is centered in the rear surface relative to two eccentric core limbs arranged with respect to the longitudinal dimension. In this way, a symmetrical alignment of the core body can be achieved if the core body has a C or E core configuration.
  • a core offset caused by manufacturing tolerances can be distributed symmetrically over a magnetic core to be produced, and consequently deviations caused by manufacturing tolerances can be minimized even during production.
  • the at least one core leg may be arranged centrally on the transverse yoke perpendicular to the extension direction. Furthermore, the alignment recess is arranged in a surface-centered manner with respect to a cross-sectional area of the core limb oriented perpendicular to the extension direction. As a result, a symmetrical alignment of the core body with respect to the centrally arranged core leg can be achieved.
  • the alignment recess may comprise an alignment surface, which is formed at least in regions according to a partial region of a hemisphere surface or a conical surface. In this way leakage fluxes can be reduced.
  • a correspondingly formed Ausrichtauslangung is also also advantageous in that appropriately trained alignment tools can be used to align the core body, whereby the risk of damage to the core body is reduced.
  • the alignment recess may comprise at least three planar alignment surfaces.
  • a specific alignment orientation of the core body can be designated by a specific orientation of the alignment surfaces in the alignment recess. From this, it can be ensured in automated alignment processes that the core body is arranged in a desired alignment orientation during the alignment process.
  • a tetrahedral alignment opening may be provided.
  • cuboidal alignment apertures, pyramidal alignment apertures or generally polyhedral alignment apertures or combinations thereof may be provided to allow reliable engagement with appropriately configured alignment tools.
  • a width dimension of the alignment recess is less than 50% of the width dimension of the core body.
  • a length dimension of the alignment recess is less than 50% of the length dimension of the core body. This ensures that the alignment recess ensures a two-dimensional alignment in an advantageous manner, i. an orientation along two mutually independent directions in the back surface of the transverse yoke and parallel thereto.
  • a depth extent of the alignment recess in the core body is less than 50% of a height dimension of the cross yoke oriented parallel to the extension direction. This is an advantageous measure to prevent a negative influence of Ausrichtaus predominantlyung on a magnetic flux in the cross yoke.
  • the core body is formed of sintered ferrite material.
  • manufacturing tolerances compensated advantageous.
  • a magnetic core for an inductive component comprises a first core body of ferromagnetic material according to the first aspect and a second core body of ferromagnetic material, which comprises a second transverse yoke having a length dimension and a width dimension and at least one core leg, which extends laterally away from the transverse yoke in the extension direction thereof.
  • a ratio of the length dimension to the width dimension here is greater than 1.
  • the first and second core bodies are connected by means of the core legs.
  • Magnetic cores are thus provided with a first core body which can be aligned on the basis of the alignment recess, manufacturing tolerances being advantageously compensated for.
  • Magnet cores according to this aspect may be used e.g. have an H or CI or EI or EE core configuration.
  • both core bodies of the magnetic core may each have an alignment recess. This can be achieved an advantageous alignment of the two core body to each other.
  • a method of manufacturing a magnetic core comprises providing a powder of ferromagnetic material, pressing a ferromagnetic material filled in a mold to produce a compact, sintering the compact to form a ferromagnetic material first sintered core body, aligning the first sintered core body relative to a second core body, and then connecting the first sintered core body to the second core body.
  • the compact produced during pressing comprises a transverse yoke having a length dimension and a width dimension, at least one core limb extending laterally from the transverse yoke along an extension direction thereof, and an alignment recess. A ratio of the length dimension to the width dimension is greater than 1.
  • the mold also has a structure that causes the alignment recess in the compact. Alignment of the sintered core body relative to the second core body is accomplished by means of an alignment device having an engagement member which is engaged with the alignment recess of the sintered core body prior to alignment, alignment being along the length and width dimensions.
  • alignment of the core bodies relative to one another may occur prior to joining the core bodies to symmetrically distribute or compensate for a core offset due to tolerance between the core bodies.
  • the engagement element has at least one capture surface and / or a capture edge to engage the alignment recess.
  • the second core body is another sintered core body and has a further alignment recess into which another engagement element of the alignment device engages during alignment.
  • both core bodies each have a transverse yoke and a core leg arranged centrally on the respective transverse yoke, and the centrally arranged core limbs are aligned symmetrically relative to one another.
  • FIG. 12 illustrates a core body 200a according to some illustrative embodiments of the present invention.
  • the core body 200a includes a transverse yoke 210 having a length dimension L and a width dimension B defined along respective length and width directions.
  • An aspect ratio defined by a ratio of the length dimension L to the width dimension B is greater than 1.
  • Exemplary aspect ratios may be 1.1 or more, 1.5 or more, 2 or more, or at least 5.
  • an extension direction E is set. Along the extension direction E extend from the transverse yoke 210 two side legs 230 away. On a along the extension direction E of the side legs 230 opposite side of the transverse yoke 210, a rear surface 213 of the transverse yoke 210 is arranged. In the back surface 213, an alignment recess 240 is further formed.
  • the alignment recess 240 in the back surface 213 of the cross yoke 210 may have a circular or elliptical edge, as in FIG Fig. 2a is shown.
  • the alignment recess 240 may be formed by a polyhedral recess. In other words, an edge of the alignment recess 240 formed in the back surface 213 of the cross yoke 210 may be in the shape of a polygon.
  • the alignment recess 240 is disposed at a centroid of the back surface 213. This allows a symmetrical alignment of the core body with respect to the length dimension L and the width dimension B. 200a during an alignment process, which will be described later. Additionally or alternatively, the alignment recess 240 may be centered along the length dimension L relative to the side legs. In other words, the alignment recess 240 may be disposed along the length dimension L in the back surface 213 such that a distance measured along the length dimension L to one of the side legs 230 equals a distance measured in the opposite direction along the length dimension L to the other side leg 230 is. As a result, by means of the alignment recess 240, a symmetrical alignment with respect to the side legs 230 can take place in an alignment process.
  • the alignment recess 240 is dimensioned such that a length dimension of the recess 240 along the length dimension L of the cross yoke is less than 50% of the longitudinal dimension of the cross yoke, while a width dimension of the alignment recess 240 along the width dimension B is less than 50% of the width dimension B of the transverse yoke 210 is.
  • a width dimension of the alignment recess and / or a length dimension of the alignment recess may be 50% or less of the length dimension L and / or the width dimension B of the cross yoke 210.
  • a length dimension of the alignment recess 240 and / or a width dimension of the alignment recess 240 may be at most 15% or at most 5% of the length dimension L and / or the width dimension B of the cross yoke 210.
  • a length dimension of the alignment recess 240 and / or a width dimension of the alignment recess 240 is at most 10% or at most 1% of the length dimension L and / or the width dimension B of the cross yoke 210.
  • alignment of the core body 200a may be accomplished by means of the alignment recess 240 be made to an accuracy that depends on the dimensions of the Ausrichtaus Principleung.
  • the alignment recess 240 has a depth extent from the back surface 213 into the material of the cross yoke 210, measured along the extension direction E from the back surface 213 into the material of the cross yoke 210, at most 50% or less of a height dimension of the transverse yoke measured outside the side legs 230 along the direction E.
  • the depth extent is at most 20% or at most 5%.
  • the depth extent of the alignment recess may be at most 2% or even at most 1% of the height dimension of the Querjochs amount. As a result, scattering influences caused by the alignment recess 240 can be suppressed.
  • the alignment recess 240 as a whole is dimensioned such that a scattering influence caused by the alignment recess (within the measurement accuracy) hardly influences the magnetic properties of the core body 200a.
  • any changes caused by the alignment recess in the inductive behavior of the core body are less than 5% or even less than 1%.
  • Fig. 2b shows a core body 200b formed in accordance with an E or T core configuration, which is defined by the cross yoke 210 (see cross yoke 210 in FIG Fig. 2a ) on one of the rear surface 213 of the transverse yoke 210 with respect to the direction of extension E opposite sides arranged optional side legs 230 and a middle leg 233 has.
  • the in Fig. 2b shown core body 200b differs, in addition to the side legs 230 considered to be optional, from the basis of Fig. 2a described core body 200a through the center leg 233rd
  • the center leg 233 is according to illustrative embodiments with respect to the longitudinal dimension of the transverse yoke 210 (see. Fig. 2a ) centered. This means that distances from the center leg to the optional side limbs 230 and to the corresponding opposite sides of the transverse yoke are the same in each case.
  • the side legs 230 represent optional structures of the core body 200b, as indicated by dashed lines in FIG Fig. 2b is indicated.
  • the core body 200b has only the center leg 233 and the core body 200b is formed in a T-configuration.
  • at least one side leg 230 and center leg 233 are provided.
  • the alignment recess 240 is face-centered with respect to a cross-sectional area of the core leg oriented perpendicular to the extension direction. As a result, a symmetrical alignment of the core body 200b with respect to the center leg 233 can take place.
  • Fig. 2c schematically shows a cross-sectional view along the line XX of the perspective view of the core body 200b in Fig. 2b
  • a center of the cross-sectional area of the center leg 233 is in Fig. 2c indicated by the reference numeral 235. It can be seen that the alignment recess 240 is aligned relative to the center 235. Optional side legs are indicated by dashed lines.
  • the alignment recess 240 may, as in Fig. 2c shown, planar alignment surfaces 242 have.
  • the AusrichtausANSung 240 may be formed according to a wedge-shaped recess.
  • the alignment recess 240 may be provided by a conical depression.
  • the alignment recess 240 may be tetrahedral-shaped. It is noted that in the case of a tetrahedral groove, a certain orientation of the core body 200b may be excellent.
  • an edge triangle formed by a tetrahedral-shaped depression in the back surface 213 may be oriented so that triangle tips of the edge triangle point in specific directions.
  • Further alternative embodiments of the AusrichtausNeill supraung be further below with respect to Fig. 4a and 4b described.
  • Fig. 3a illustrates clearly an alignment of two core bodies 200b and 200c according to some illustrative embodiments of the present invention.
  • the core bodies 200b and 200c are formed according to E-configurations, this is not a limitation of the present description and alternatively core bodies according to T-, C-, I and E configurations and combined in different combinations.
  • the cores 200b and 200c may be understood to be juxtaposed or superposed with respect to a gravitational direction.
  • the core body 200b is shown in correspondence to that in FIGS Fig. 2b and 2c formed and described in this regard core body 200b formed.
  • the core body 200c is formed similarly to the core body 200b, with side legs 230c and a center leg 233c extending from a transverse yoke 210c of the core body 200c in the extending direction E.
  • a center leg 233c extending from a transverse yoke 210c of the core body 200c in the extending direction E.
  • 233c rear surface 213c of the transverse yoke 210c an alignment recess 240c is formed.
  • the core bodies 200b and 200c are placed against each other such that the core legs 230, 233 and 230c, 233c face each other and contact each other at contact surfaces 11, 12 and 13. It is noted that for bonding the core bodies 200b and 200c, the touch surfaces I1, I2 and I3 may be prepared with a bonding agent such as an adhesive and the like to achieve permanent bonding of the core bodies 200b and 200c to a magnetic core to build. Due to manufacturing tolerances in the production of the core body 200b and 200c, the legs 230 and 230c, 233 and 233c are not aligned with each other without core offset.
  • the core bodies 200b and 200c are alignable relative to each other so that a core offset can be distributed symmetrically over the magnetic core such that a right side core offset V4 and a left side core offset V5 are aligned between the respective side legs 230 and 230c , in particular the same size and at the same time are minimal.
  • This has the consequence that the magnetically active core cross section at the side limbs, as represented by the contact surfaces I1 and I3, is symmetrical and, despite core displacements V4 and V5, maximum.
  • the center legs 233 and 233c of the core bodies 200b and 200c are made to coincide so that the contacting surfaces of the center legs 233, 233c become symmetrical and Touch flush, in particular, an active cross-sectional area of the composite center leg is smaller than a smallest cross-sectional area of the cross-sectional areas of the two center leg 233, 233c.
  • the cross-sectional areas of the center legs 233c and 233 can be completely traversed by the magnetic flux as a magnetically effective cross-sectional areas due to the balanced contact surface 12 and a very low-scattering guidance of the magnetic flux in the middle leg of the produced magnetic core is achieved despite manufacturing tolerances.
  • the core bodies 200b and 200c are aligned by alignment recesses 240 and 240c centered with respect to the respective center legs 233 and 233c until the alignment recesses 240 and 240c are exactly juxtaposed along the spanwise direction E and thus the alignment recesses 240 and 240c along the spanwise direction E are balanced. As a result, symmetrical alignment of the center legs 233 and 233c with each other is set.
  • a symmetrical alignment of the core bodies 200b and 200c with respect to the transverse yokes 210 and 210c can be achieved by alignment recesses 240 and 240c arranged in centroids of the back surfaces 213 and 213c. Additionally or alternatively, symmetrical alignment of the core bodies 200b and 200c with respect to the side legs 230 and 230c may be achieved by alignment recesses 240 and 240c centered perpendicular to the extension direction along the longitudinal dimensions of the core bodies 200b and 200c.
  • the alignment device comprises engaging elements 250a and 250b which are formed as gripping pins 251a and 151b, wherein in a surface of the gripping pins 251a and 251b corresponding projections 253a and 253b are formed, which are adapted for engagement in the corresponding AusrichtausEnglishung 240 and 240c are configured.
  • the projections 253a and 253b have for this purpose catching surfaces and / or catching edges, which are brought into engagement with inner surfaces and / or edges of the AusrichtausEnglishept 240 and 240c.
  • the protrusions 253a and 253b may be formed as a corresponding negative to the alignment recess 240 and 240c.
  • the catch surfaces of the projections 253a and 253b are flush with the inner surfaces of the alignment recess 240, 240c when engaged with the alignment recess 240, 240c.
  • Guided positioning of the engagement elements 250a and 250b with gripping pins 251a and 251b engaging the respective alignment recesses 240 and 240c can thus achieve alignment of the core bodies 200b and 200c relative to each other as previously explained.
  • the alignment device may further include a stop surface 255, by means of which alignment along the direction of extent, according to some illustrative embodiments.
  • the abutment surface 255 can be positioned along the extension direction.
  • the alignment device of the invention is provided as part of an adhesive device for bonding core bodies.
  • Fig. 4a shows schematically in a cross-sectional view an enlarged portion of an alignment recess 420a, in which an engagement member 430 engages.
  • the alignment recess 420a has alignment surfaces 422a, 424a and 426a.
  • the alignment recess 420a may be frustoconical or truncated pyramidal.
  • the illustrated alignment surfaces 422a and 424a are rotationally symmetric and, for example, represent the mantle surface of a cone.
  • the alignment surfaces 422a and 424a are planar surfaces that are oriented inclined relative to one another.
  • the engagement member 430 is shown having catching edges 432 and 434 which are in contact with the corresponding alignment surfaces 422a and 424a upon engagement of the engagement member 430 with the alignment recess 420a.
  • alignment grooves may be formed in alignment surfaces 422a and 424a, optionally into which an elastic material may be filled to prevent damage to alignment surfaces 422a and 424a by capture edges 432 and 434 or to avoid damaging the capture edges 432, 434 during an alignment process.
  • catching surfaces (not shown) formed by flattening of the edges may be provided.
  • the in Fig. 4a have an abutment surface (not shown), which prevents excessive penetration of the engaging member 430 in the AusrichtausNeillung 420 or a penetration depth of the engaging member 430 sets in the Ausrichtausnaturalung 420a.
  • FIG. 4b For example, another illustrative embodiment of an alignment recess 420b provided in a back surface 412b of a transverse yoke 410b is shown.
  • the alignment recess 420b has an inner surface 422b formed according to a portion of a hemisphere surface as an alignment surface.
  • a correspondingly configured engagement element can engage in the alignment recess 420b shown, whereby damage to the rear-side surface 412b can advantageously be avoided by the at least partially hemispherical surface-like alignment surface 422b.
  • the Ausrichtaus Principleung 420b may be cylindrical, wherein in the bottom of a cylindrical Ausrichtaus Principleung also at least partially hemispherical surface-like alignment surface may be provided.
  • the alignment recess permits a two-dimensional positioning of the core body and represents, for example, a recess formed correspondingly in the rear surface of the core body, which is dimensioned such that a two-dimensional positioning of the core body can be performed by means of an alignment device engaging in the alignment recess.
  • Core bodies according to the above-described embodiments may, in some illustrative embodiments, be formed by providing a powder of ferromagnetic material.
  • the ferromagnetic material is a ferrite material.
  • a superparamagnetic material may be provided.
  • the powder provided is filled into a mold and pressed to produce a compact.
  • the mold is in this case formed as a negative of the core body to be produced and in particular has a structure for forming an alignment recess, for example a projection or pin formed in the mold.
  • an alignment recess can be formed after the pressing process by means of a suitable tool in the compact.
  • an alignment recess may be formed in the sintered core body by means of a suitable tool, as long as the alignment recess has not already been formed in advance.
  • the sintered core body is aligned relative to a second core body, which may be similarly formed, as a further manufacturing step by means of an alignment device as described above.
  • the aligned sintered core bodies are bonded together in a further manufacturing step to produce a magnetic core.
  • a core body of ferromagnetic material has a transverse yoke with an aspect ratio of length to width greater than 1 and at least one core leg extending laterally away from the transverse yoke along an extending direction thereof. Further, an alignment recess is formed in a rear surface of the cross yoke, which is arranged on a side opposite the core legs of the transverse yoke.
  • a magnetic core is formed of core bodies, wherein at least one core body is provided with an alignment recess and the core bodies are aligned relative to each other.

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Abstract

Die Erfindung stellt Kernkörper mit einer Ausrichtstruktur bereit, um bei der Herstellung von Magnetkernen ein von Fertigungstoleranzen unabhängiges Ausrichten zu ermöglichen, bei dem die Fertigungstoleranzen kompensiert werden. In anschaulichen Ausführungsformen weist ein Kernkörper aus ferromagnetischem Material ein Querjoch mit einem Aspektverhältnis von Länge zu Breite größer 1 und wenigstens einen sich seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung davon weg erstreckenden Kernschenkel auf. Ferner ist eine Ausrichtausnehmung in einer rückseitigen Oberfläche des Querjochs ausgebildet, die auf einer den Kernschenkeln gegenüberliegenden Seite des Querjochs angeordnet ist. Ein Magnetkern wird aus Kernkörpern gebildet, wobei mindestens ein Kernkörper mit einer Ausrichtausnehmung bereitgestellt ist und die Kernkörper relativ zueinander ausgerichtet werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernkörper aus ferromagnetischem Material, einen Magnetkern für ein induktives Bauelement gebildet aus einem entsprechenden Kernkörper und ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Kernkörper zur Herstellung von Magnetkernen, die in Drosselspulen oder Transformatoren eingesetzt werden können.
  • Transformatoren und Drosselspulen stellen im Allgemeinen induktive Bauelemente der Elektrotechnik dar, die in elektrischen oder elektronischen Schaltungen in unterschiedlichen technischen Bereichen eingesetzt werden. Obgleich Transformatoren und Drosseln einen ähnlichen Aufbau aufweisen, sind ihre Einsatzgebiete voneinander verschieden. Drosseln stellen niederohmige Spulen zur Reduzierung hochfrequenter Ströme auf elektrischen Leitungen dar und werden im Bereich der Stromversorgung elektrischer und elektronischer Geräte, in der Leistungselektronik und in der Hochfrequenztechnik eingesetzt. Transformatoren dienen im Allgemeinen zur Erhöhung oder Verringerung von Wechselspannungen, wobei meistens die Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse von Transformatoren galvanisch getrennt sind.
  • Die in modernen Anwendungen auftretenden Anforderungen an elektronische und elektrische Schaltungen erfordern häufig eine Miniaturisierung basierend auf dem Wunsch kompakterer Ausgestaltungen von elektrischen und elektronischen Bauteilen, geringere Verluste und maximales Leistungsvermögen bei gleichzeitiger flexibler Anpassung an unterschiedliche Spannungsquellen. So ist beispielsweise in vielen Anwendungen ein von Schwankungen in einer Versorgungsspannung unabhängiger Betrieb von elektrischen und elektronischen Schaltungen wünschenswert. Außerdem ist eine zunehmende Miniaturisierung von elektrischen und elektronischen Schaltungen nur dann möglich, wenn sichergestellt ist, dass Verluste und Toleranzen bei der Herstellung einzelner Bauelemente von elektrischen und elektronischen Schaltungen so gering wie möglich gehalten oder weitgehend kompensiert werden. Dies bedeutet für induktive Bauteile, wie z.B. Drosseln und Transformatoren, dass für diese Bauteile vorgegebene Eigenschaften, wie z.B. geometrische Abmessungen und physikalische Eigenschaften wie Induktivität, Wärmeleitung und dergleichen, möglichst wenigen Toleranzen unterliegen bzw. von gewünschten physikalischen Eigenschaften geringstmöglich abweichen. Dies bedeutet für die Herstellung induktiver Bauelemente, dass Toleranzen in der Fertigung von Magnetkernen verringert und kompensiert werden.
  • In der Fertigung von induktiven Bauelementen treten im Allgemeinen bei der Herstellung von Magnetkernen herstellungsbedingte Toleranzen auf, die trotz aller Optimierung nicht zu vermeiden sind. So sind beispielsweise bei der Sinterung von Kernkörpern gebildet aus Ferritmaterial Längentoleranzen von +/- 2,5% zu erwarten, da Ferritmaterial bei Sintervorgängen thermisch bedingte Längenänderungen erfährt. Ist nun ein Magnetkern aus einzelnen Kernkörpern zu bilden, die aus gesintertem Ferritmaterial gebildet sind, so können bei zusammengesetzten Magnetkernen demzufolge Toleranzen im Bereich von +/- 2,5% pro Kernkörper nicht ausgeschlossen werden, was für einen Magnetkern gebildet aus zwei Kernkörpern zu einer Toleranz von +/-5% führt.
  • Die auftretenden Toleranzen führen vor allem an den Verbindungsflächen zu Problemen, die neben einer Beeinflussung der induktiven Eigenschaften auch mechanische Eigenschaften verändert, wie z.B. die mechanische Stabilität des Magnetkerns, wie im Folgenden erläutert wird. Aufgrund der bei Kernkörpern auftretenden Längentoleranzen ergeben sich bei der Herstellung von Magnetkernen an den Berührflächen der verwendeten Kernkörper Versatzabschnitte, die eine bündige Verbindung der Berührflächen verhindert. Fig. 1 stellt schematisch in einer nicht maßstabsgetreuen Querschnittansicht eine Bildung eines Magnetkerns gemäß einer doppel E-Kernkonfiguration aus zwei Kernkörpern 1 und 3 dar. Der Kernkörper 1 weist hierbei zwei Seitenschenkel 11, 15 und einen Mittelschenkel 13 auf. Entsprechend weist der Kernkörper 3 zwei Seitenschenkel 31, 35 und einen Mittelschenkel 33 auf. Eine toleranzbedingte Abweichung in den Breiten der Schenkel 11, 31 der Kernkörper 1 und 3 ist anhand des Bezugszeichens V1 in Fig. 1 schematisch dargestellt.
  • Um die beiden Kernkörper 1 und 3 trotz der angedeuteten Abweichung V1 miteinander in einer definierten und reproduzierbaren Weise zu verkleben, werden beide Kernkörper 1, 3 im Klebeprozess an einer Anschlagsfläche 5 zum Kernabgleich angeschlagen. Hierbei ergibt sich, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ein zunehmender Versatz zwischen den Schenkeln der Kernkörper 1 und 3, wie anhand des Versatzes V2 hinsichtlich der Mittelschenkel 33 und 13 und des Versatzes V3 hinsichtlich der Seitenschenkel 35 und 15 dargestellt ist. Trotz des Abgleichs an einer äußeren Kernfläche beider Seitenschenkel 11 und 31 mittels der Anschlagsfläche 5 nimmt der Versatz mit zunehmender Entfernung von der Anschlagsfläche 5 (in Normalenrichtung zur Anschlagsfläche 5) zu, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Der aus den Kemkörpem 1 und 3 entsprechend gebildete Magnetkern weist folglich eine sehr starke Unsymmetrie in seinen Schenkeln auf. Es ist zu beachten, dass die magnetisch wirksame Querschnittfläche an den Berührflächen der Schenkel beider Kernkörper 1 und 3 entlang des Magnetkerns zu einer Seite des Magnetkerns hin abnimmt. Damit ergeben sich in den Kernschenkeln (11, 31), (13, 33) und (15, 35) unterschiedliche Werte für den magnetischen Widerstand und unerwünschte Quellen für Streuflüsse im Magnetkern, so dass sich die Induktivität für den aus den Kernkörpern 1, 3 entsprechend hergestellten Magnetkern unkontrolliert ändert und insbesondere von einer gewünschten Induktivität abweicht. Aufgrund des Versatzes in den Kernschenkeln und der damit verbundenen Fehlabgleichung der Schenkel bzw. der an den Verbindungsflächen nicht bündig verbundenen Schenkel ergeben sich dort auch strukturelle Schwachpunkte, die schlechte mechanische Eigenschaften bedingen, den Magnetkern anfälliger für Beschädigungen machen und zu Problemen in Prozessen führen können, die auf die Magnetkernherstellung folgen. Folglich kann eine genaue Einstellung von gewünschten Eigenschaften für das herzustellende induktive Bauelement nicht mehr sichergestellt werden.
  • Ausgehend von dem voran dargestellten Problem ist es folglich wünschenswert einen Kernkörper, einen aus Kernkörpern gebildeten Magnetkern und ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns bereitzustellen, bei dem Toleranzen kompensiert werden.
  • Die vorangehend dargestellten Aufgaben und Probleme werden gelöst durch einen Kernkörper, der eine Ausrichtstruktur aufweist und ein von Fertigungstoleranzen unabhängiges Ausrichten bei der Herstellung von Magnetkerne ermöglicht, bei dem die Fertigungstoleranzen kompensiert werden. Insbesondere bei gesinterten Kernkörpern wird somit das magnetische Leistungsvermögen von herzustellenden induktiven Bauelementen trotz Sintertoleranzen nicht negativ beeinflusst.
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kernkörper aus ferrromagnetischem Material bereitgestellt. Der Kernkörper umfasst ein Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension, wobei ein Verhältnis von Längendimension zu Breitendimension größer 1 ist. Ferner umfasst der Kernkörper wenigstens einen Kernschenkel, der sich seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung davon weg erstreckt, wobei die Erstreckungsrichtung senkrecht zur Längendimension und Breitendimension orientiert ist, und eine Ausrichtausnehmung, die in einer rückseitigen Oberfläche des Querjochs ausgebildet ist. Die rückseitige Oberfläche ist hierbei auf einer dem wenigstens einen Kernschenkeln gegenüber liegenden Seite des Querjochs angeordnet.
  • In einer anschaulichen Ausführungsform kann die Ausrichtausnehmung am Flächenschwerpunkt der rückseitigen Oberfläche angeordnet sein. Dadurch wird in reproduzierbarer Weise eine von Fertigungstoleranzen unabhängige Anordnung der Ausrichtausnehmung am Kernkörper bereitgestellt, die eine symmetrische Ausrichtung des Kernkörpers ermöglicht.
  • In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann der Kernkörper ferner wenigstens einen zweiten Kernschenkel aufweisen. Hierin ist die Ausrichtausnehmung relativ zu zwei hinsichtlich der Längsdimension außermittig angeordneten Kernschenkeln in der rückseitigen Oberfläche zentriert angeordnet. Auf diese Weise kann eine symmetrische Ausrichtung des Kernkörpers erreicht werden, falls der Kernkörper eine C- oder E-Kernkonfiguration aufweist. Ein durch Fertigungstoleranzen hervorgerufenen Kernversatz ist hierbei über einen herzustellenden Magnetkern symmetrisch verteilbar und folglich können durch Fertigungstoleranzen hervorgerufene Abweichungen schon in der Herstellung minimiert werden.
  • In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann der wenigstens eine Kernschenkel am Querjoch senkrecht zur Erstreckungsrichtung mittig angeordnet sein. Weiterhin ist die Ausrichtausnehmung herbei hinsichtlich einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung orientierten Querschnittfläche des Kernschenkels flächenzentriert angeordnet. Dadurch kann eine symmetrische Ausrichtung des Kernkörpers hinsichtlich des mittig angeordneten Kernschenkels erreicht werden.
  • In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann die Ausrichtausnehmung eine Ausrichtfläche aufweisen, die wenigstens bereichsweise gemäß einem Teilbereich einer Halbkugeloberfläche oder einer Kegeloberfläche ausgebildet ist. Auf diese Weise können Streuflüsse verringert werden. Eine entsprechend ausgebildete Ausrichtausnehmung ist außerdem auch dahingehend vorteilhaft, dass entsprechend ausgebildete Ausrichtwerkzeuge zum Ausrichten des Kernkörpers verwendet werden können, wobei die Gefahr einer Beschädigung des Kernkörpers verringert wird.
  • In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann die Ausrichtausnehmung wenigstens drei ebene Ausrichtflächen aufweisen. Durch die Bereitstellung dreier ebener Ausrichtflächen kann durch eine bestimmte Orientierung der Ausrichtflächen in der Ausrichtausnehmung eine spezielle Ausrichtorientierung des Kernkörpers bezeichnet werden. Ausgehend davon kann in automatisierten Ausrichtvorgängen sichergestellt werden, dass der Kernkörper während des Ausrichtvorgangs in einer gewünschten Ausrichtorientierung angeordnet wird. Beispielsweise kann eine tetraeder-förmige Ausrichtöffnung vorgesehen sein. Alternativ können quaderförmige Ausrichtöffnungen, pyramidenförmige Ausrichtöffnungen oder allgemein polyedrische Ausrichtöffnungen bzw. Kombinationen davon vorgesehen sein, um einen zuverlässigen Eingriff mit entsprechend ausgebildeten Ausrichtwerkzeugen zu ermöglichen.
  • In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform beträgt eine Breitendimension der Ausrichtausnehmung weniger als 50% der Breitendimension des Kernkörpers. Eine Längendimension der Ausrichtausnehmung beträgt weniger als 50% der Längendimension des Kernkörpers. Dadurch wird sichergestellt, dass die Ausrichtausnehmung eine zweidimensionale Ausrichtung in vorteilhafter Weise gewährleistet, d.h. eine Ausrichtung entlang zweier voneinander unabhängiger Richtungen in der rückseitigen Oberfläche des Querjochs bzw. parallel dazu.
  • In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist eine Tiefenerstreckung der Ausrichtausnehmung in den Kernkörper weniger als 50% einer Höhendimension des Querjochs, die parallel zur Erstreckungsrichtung orientiert ist. Dies stellt eine vorteilhafte Maßnahme dar, um einen negativen Einfluss der Ausrichtausnehmung auf einen Magnetfluss im Querjoch zu verhindern.
  • In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist der Kernkörper aus gesintertem Ferritmaterial gebildet. Damit werden bei Magnetkernen, die aus gesinterten Kernkörpern gebildet werden, Fertigungstoleranzen vorteilhaft kompensiert.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetkern für ein induktives Bauteil bereitgestellt. Der Magnetkern umfasst dabei einen ersten Kernkörper aus ferromagnetischem Material gemäß dem ersten Aspekt und einen zweiten Kernkörper aus ferromagnetischem Material, der ein zweites Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension und wenigstens einen Kernschenkel umfasst, der sich seitlich von dem Querjoch in Erstreckungsrichtung davon weg erstreckt. Ein Verhältnis von Längendimension zu Breitendimension ist hierbei größer 1. Der erste und zweite Kernkörper sind mittels der Kernschenkel verbunden. Damit werden Magnetkerne mit einem anhand der Ausrichtausnehmung ausrichtbaren ersten Kernkörper bereitgestellt, wobei Fertigungstoleranzen vorteilhaft kompensiert werden. Magnetkerne gemäß diesem Aspekt können z.B. eine H- oder CI- oder EI- oder EE-Kernkonfiguration aufweisen.
  • In einer anschaulichen Ausführungsform hierin können beide Kernkörper des Magnetkerns jeweils eine Ausrichtausnehmung aufweisen. Damit kann ein vorteilhaftes Ausrichten beider Kernkörper zueinander erreicht werden.
  • In einem dritten Aspekt der vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Pulvers aus ferromagnetischem Material, ein Pressen von einem in eine Pressform eingefüllten ferromagnetischen Material, um einen Pressling herzustellen, ein Sintern des Presslings zum Bilden eines ersten gesinterten Kernkörpers, ein Ausrichten des ersten gesinterten Kernkörpers relativ zu einem zweiten Kernkörper und ein nachfolgendes Verbinden des ersten gesinterten Kernkörpers mit dem zweiten Kernkörper. Der dabei beim Pressen hergestellte Pressling umfasst ein Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension, mindestens einen Kernschenkel, der sich seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung davon wegerstreckt und eine Ausrichtausnehmung. Ein Verhältnis von Längendimension zu Breitendimension ist hierbei größer 1. Die Pressform weist außerdem eine Struktur auf, durch die die Ausrichtausnehmung im Pressling hervorgerufen wird. Das Ausrichten des gesinterten Kernkörpers relativ zu dem zweiten Kernkörper erfolgt mittels einer Ausrichtvorrichtung, die ein Eingriffselement aufweist, das vor dem Ausrichten mit der Ausrichtausnehmung des gesinterten Kernkörpers in Eingriff gebracht wird, wobei die Ausrichtung entlang der Längen- und Breitendimensionen erfolgt. Folglich kann eine Ausrichtung der Kernkörper relativ zueinander vor einem Verbinden der Kernkörper erfolgen, um einen toleranzbedingten Kernversatz zwischen den Kernkörpern symmetrisch zu verteilen bzw. zu kompensieren.
  • In einer anschaulichen Ausführungsform weist das Eingriffselement wenigstens eine Fangfläche und/oder eine Fangkante auf, um in die Ausrichtausnehmung einzugreifen.
  • In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist der zweite Kernkörper ein weiterer gesinterter Kernkörper und weist eine weitere Ausrichtausnehmung auf, in das ein weiteres Eingriffselement der Ausrichtvorrichtung während des Ausrichtens eingreift.
  • In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform weisen beide Kernkörper jeweils ein Querjoch und einen am jeweiligen Querjoch mittig angeordneten Kernschenkel auf und die mittig angeordneten Kernschenkel werden zueinander symmetrisch ausgerichtet. Dadurch kann auf einfache Weise eine symmetrische Verteilung eines Kernversatzes über den Magnetkern hinweg erreicht werden.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemäß unterschiedlicher Aspekte werden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
    • Fig.1
    stellt schematisch die Herstellung eines bekannten Magnetkerns in EE-Konfiguration unter Fertigungstoleranzen dar.
    Fig.2a
    zeigt schematisch einen C-Kernkörper in einer perspektivischen Ansicht gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    Fig.2b
    zeigt schematisch einen E-Kernkörper gemäß einer anderen anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    Fig.2c
    zeigt schematisch den in Fig. 2b dargestellten E-Kernkörper in einer Querschnittansicht.
    Fig.3
    zeigt schematisch ein Ausrichten zweier Kernkörper gemäß anschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
    Fig.4a
    zeigt schematisch in einer Querschnittansicht eine Ausrichtausnehmung und ein Eingriffselement gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
    Fig.4b
    zeigt schematisch in einer Querschnittansicht eine Ausrichtausnehmung gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung werden verschiedene anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemäß ihrer unterschiedlichen Aspekte hinsichtlich der beiliegenden Figuren beschrieben.
  • Fig.2a stellt einen Kernkörper 200a gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Der Kernkörper 200a umfasst ein Querjoch 210 mit einer Längendimension L und einer Breitendimension B, die entlang entsprechender Längen- und Breitenrichtungen festgelegt sind. Ein Aspektverhältnis, das durch ein Verhältnis der Längendimension L zu der Breitendimension B definiert ist, ist größer 1. Beispielhafte Aspektverhältnisse können 1,1 oder mehr, 1,5 oder mehr, 2 oder mehr oder wenigstens 5 betragen.
  • Senkrecht zu Richtungen parallel zu den Dimensionen L und B ist eine Erstreckungsrichtung E festgelegt. Entlang der Erstreckungsrichtung E erstrecken sich von dem Querjoch 210 zwei Seitenschenkel 230 weg. Auf einer entlang der Erstreckungsrichtung E den Seitenschenkeln 230 gegenüberliegenden Seite des Querjochs 210 ist eine rückseitige Oberfläche 213 des Querjochs 210 angeordnet. In der rückseitigen Oberfläche 213 ist ferner eine Ausrichtausnehmung 240 ausgebildet. In einigen anschaulichen Beispielen kann die Ausrichtausnehmung 240 in der rückseitigen Oberfläche 213 des Querjochs 210 eine kreisförmige oder elliptische Kante aufweisen, wie in Fig. 2a dargestellt ist. Alternativ kann die Ausrichtausnehmung 240 durch eine polyedrische Vertiefung gebildet werden. Anders gesagt kann eine in der rückseitigen Oberfläche 213 des Querjochs 210 gebildete Kante der Ausrichtausnehmung 240 die Form eines Polygons aufweisen.
  • In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist die Ausrichtausnehmung 240 an einem Flächenschwerpunkt der rückseitigen Oberfläche 213 angeordnet. Dies erlaubt eine hinsichtlich der Längendimension L und der Breitendimension B symmetrische Ausrichtung des Kernkörpers 200a während eines Ausrichtvorgangs, der später beschrieben wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Ausrichtausnehmung 240 entlang der Längendimension L relativ zu den Seitenschenkeln mittig angeordnet sein. Mit anderen Worten, die Ausrichtausnehmung 240 kann entlang der Längendimension L in der rückseitigen Oberfläche 213 derart angeordnet sein, dass ein Abstand gemessen entlang der Längendimension L zu einem der Seitenschenkel 230 gleich einem in entgegengesetzter Richtung entlang der Längendimension L gemessenen Abstand zu dem anderen Seitenschenkel 230 ist. Dadurch kann anhand der Ausrichtausnehmung 240 eine symmetrische Ausrichtung bezüglich der Seitenschenkel 230 in einem Ausrichtvorgang erfolgen.
  • In einigen anschaulichen Ausführungsformen hierin ist die Ausrichtausnehmung 240 derart dimensioniert, dass eine Längendimension der Ausnehmung 240 entlang der Längendimension L des Querjochs weniger als 50% der Längendimension des Querjochs beträgt, während eine Breitendimension der Ausrichtausnehmung 240 entlang der Breitendimension B weniger als 50% der Breitendimension B des Querjochs 210 beträgt. Beispielsweise kann eine Breitendimension der Ausrichtausnehmung und/oder eine Längendimension der Ausrichtausnehmung 50% oder weniger der Längendimension L und/oder der Breitendimension B des Querjochs 210 betragen. In einigen speziellen anschaulichen Beispielen kann eine Längendimension der Ausrichtausnehmung 240 und/oder eine Breitendimension der Ausrichtausnehmung 240 höchstens 15% oder höchstens 5% der Längendimension L und/oder der Breitendimension B des Querjochs 210 betragen. In einem weiteren expliziten Beispiel beträgt eine Längendimension der Ausrichtausnehmung 240 und/oder eine Breitendimension der Ausrichtausnehmung 240 höchstens 10% oder höchstens 1 % der Längendimension L und/oder der Breitendimension B des Querjochs 210. In diesen anschaulichen Ausführungsformen kann eine Ausrichtung des Kernkörpers 200a mittels der Ausrichtausnehmung 240 zu einer Genauigkeit erfolgen, die von den Dimensionen der Ausrichtausnehmung abhängt.
  • In einigen anschaulichen Ausführungsformen weist die Ausrichtausnehmung 240 eine Tiefenerstreckung von der rückseitigen Oberfläche 213 in das Material des Querjochs 210 auf, die, gemessen entlang der Erstreckungsrichtung E von der rückseitigen Oberfläche 213 in das Material des Querjochs 210,höchstens 50%oder weniger von einer Höhendimension des Querjochs gemessen außerhalb der Seitenschenkel 230 entlang der Richtung E beträgt. In einigen speziellen Ausführungsformen beträgt die Tiefenerstreckung z.B. höchstens 20% oder höchstens 5%. In einigen speziellen anschaulichen Beispielen hierin kann die Tiefenerstreckung der Ausrichtausnehmung etwa höchstens 2% oder sogar nur höchstens 1% der Höhendimension des Querjochs betragen. Hierdurch können durch die Ausrichtausnehmung 240 hervorgerufene Streueinflüsse unterdrückt werden.
  • Es wird angemerkt, dass die Ausrichtausnehmung 240 insgesamt derart dimensioniert ist, dass ein durch die Ausrichtausnehmung hervorgerufener 240 Streueinfluss (im Rahmen der Messgenauigkeit) die magnetischen Eigenschaften des Kernkörpers 200a kaum beeinflusst. Insbesondere bei Messungen an erfindungsgemäßen Kernkörpern im Vergleich zu Vergleichskernkörpern ohne entsprechend ausgebildete Ausrichtausnehmung Abweichungen liegen eventuelle, durch die Ausrichtausnehmung im induktiven Verhalten des Kernkörpers hervorgerufene Änderungen bei weniger als 5% oder sogar bei weniger als 1%.
  • Anhand von Fig. 2b werden alternative anschauliche Ausführungsformen beschrieben. Fig. 2b zeigt einen gemäß einer E- oder T-Kernkonfiguration ausgebildeten Kernkörper 200b, der von dem Querjoch 210 (vgl. Querjoch 210 gemäß Fig. 2a) auf einer der rückseitigen Oberfläche 213 des Querjochs 210 hinsichtlich der Erstreckungsrichtung E gegenüberliegenden Seiten angeordnete optionale Seitenschenkel 230 und einen Mittelschenkel 233 aufweist. Der in Fig. 2b dargestellte Kernkörper 200b unterscheidet sich, neben den als optional anzusehenden Seitenschenkeln 230, von dem anhand von Fig. 2a beschriebenen Kernkörper 200a durch den Mittelschenkel 233.
  • Der Mittelschenkel 233 ist gemäß anschaulicher Ausführungsformen bezüglich der Längsdimension des Querjochs 210 (vgl. Fig. 2a) mittig angeordnet. Dies bedeutet, dass Abstände von dem Mittelschenkel zu den optionalen Seitenschenkeln 230 bzw. zu den entsprechenden gegenüberliegenden Seiten des Querjochs jeweils gleich groß sind.
  • Es wird angemerkt, dass die Seitenschenkel 230 optionale Strukturen des Kernkörpers 200b darstellen, wie anhand der gestrichelten Linien in Fig. 2b angedeutet ist. Insbesondere weist der Kernkörper 200b gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen lediglich den Mittelschenkel 233 auf und der Kernkörper 200b ist gemäß einer T-Konfiguration ausgebildet. Alternativ hierzu sind in anderen anschaulichen Ausführungsformen des Kernkörpers 200b wenigstens ein Seitenschenkel 230 und der Mittelschenkel 233 vorgesehen.
  • In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist die Ausrichtausnehmung 240 hinsichtlich einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung orientierten Querschnittfläche des Kernschenkels flächenzentriert angeordnet. Dadurch kann eine symmetrische Ausrichtung des Kernkörpers 200b hinsichtlich des Mittelschenkels 233 erfolgen.
  • Fig. 2c stellt schematisch eine Querschnittansicht entlang der Linie X-X der perspektivischen Darstellung des Kernkörpers 200b in Fig. 2b dar. Ein Mittelpunkt der Querschnittfläche des Mittelschenkels 233 ist in Fig. 2c durch das Bezugszeichen 235 angedeutet. Es ist ersichtlich, dass die Ausrichtausnehmung 240 relativ zu dem Mittelpunkt 235 ausgerichtet angeordnet ist. Optionale Seitenschenkel sind hierbei durch gestrichelte Linien angedeutet.
  • Die Ausrichtausnehmung 240 kann, wie in Fig. 2c dargestellt, ebene Ausrichtflächen 242 aufweisen. In der gemäß Fig. 2c dargestellten Ausführungsform kann die Ausrichtausnehmung 240 gemäß einer keilförmigen Vertiefung ausgebildet sein. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die Ausrichtausnehmung 240 durch eine kegelförmige Vertiefung bereitgestellt werden. Alternativ kann die Ausrichtausnehmung 240 tetraeder-förmig ausgebildet sein. Es wird angemerkt, dass im Fall einer tetraeder-förmigen Vertiefung eine bestimmte Orientierung des Kernkörpers 200b ausgezeichnet sein kann. Beispielsweise kann ein durch eine tetraeder-förmige Vertiefung gebildetes Kantendreieck in der rückseitigen Oberfläche 213 derart orientiert sein, dass Dreieckspitzen des Kantendreiecks in spezifische Richtungen zeigen. Weitere alternative Ausgestaltungen der Ausrichtausnehmung werden weiter unten im Hinblick auf die Fig. 4a und 4b beschrieben.
  • Fig. 3a stellt anschaulich ein Ausrichten zweier Kernkörper 200b und 200c gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Obgleich die Kernkörper 200b und 200c gemäß E-Konfigurationen ausgebildet sind, stellt dies keine Beschränkung der vorliegenden Beschreibung dar und alternativ können Kernkörper gemäß T-, C-, I- und E-Konfigurationen und in unterschiedlichen Kombinationen miteinander kombiniert sein. Hinsichtlich der Darstellung in Fig. 3 wird ferner angemerkt, dass die Kerne 200b und 200c als hinsichtlich einer durch die Schwerkraft ausgezeichneten Richtung nebeneinander liegend oder aufeinander liegend verstanden werden können.
  • Der Kernkörper 200b ist darstellungsgemäß in Entsprechung zu dem in den Fig. 2b und 2c dargestellten und diesbezüglich beschriebenen Kernkörper 200b ausgebildet.
  • Der Kernkörper 200c ist ähnlich dem Kernkörper 200b ausgebildet, wobei sich von einem Querjoch 210c des Kernkörpers 200c in der Erstreckungsrichtung E Seitenschenkel 230c und ein Mittelschenkel 233c wegerstrecken. Auf einer hinsichtlich der Kernschenkel 230c, 233c gegenüber liegend angeordneten rückseitigen Oberfläche 213c des Querjochs 210c ist eine Ausrichtausnehmung 240c ausgebildet.
  • Die Kernkörper 200b und 200c werden derart aneinander gelegt, dass die Kernschenkel 230, 233 und 230c, 233c zueinander weisen und einander an Berührflächen 11, 12 und 13 berühren. Es wird angemerkt, dass zum Verbinden der Kernkörper 200b und 200c die Berührflächen I1, I2 und I3 mit einem Verbindungsmittel, beispielsweise einem Klebemittel und der gleichen, präpariert sein können, um eine dauerhafte Verbindung der Kernkörper 200b und 200 c zu erreichen, um einen Magnetkern zu bilden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Kernkörper 200b und 200c sind die Schenkel 230 und 230c, 233 und 233c nicht ohne Kernversatz zueinander ausrichtbar.
  • Anhand einer Ausrichtvorrichtung mit Eingriffselementen 250a und 250b sind die Kernkörper 200b und 200c relativ zueinander ausrichtbar, so dass ein Kernversatz symmetrisch über den Magnetkern verteilt werden kann, so dass ein rechtseitiger Kernversatz V4 und ein linksseitiger Kernversatz V5 zwischen den jeweiligen Seitenschenkeln 230 und 230c abgeglichen werden, insbesondere gleich groß und gleichzeitig minimal sind. Dies hat zur Folge, dass der magnetisch wirksame Kernquerschnitt an den Seitenschenkeln, wie er durch die Berührflächen I1 und I3 dargestellt ist, symmetrisch und trotz Kernversatz V4 und V5 maximal ist. Durch die Ausrichtung der Kernkörper 200b und 200c zueinander anhand der in die entsprechenden Ausrichtausnehmungen 240 und 240c eingreifenden Eingriffselemente 250a und 250b werden die Mittelschenkel 233 und 233c der Kernkörper 200b und 200c derart zur Deckung gebracht, dass die Berührflächen der Mittelschenkel 233, 233c sich symmetrisch und bündig berühren, insbesondere eine aktive Querschnittsfläche des zusammengesetzten Mittelschenkels kleiner wird als eine kleinste Querschnittsfläche aus den Querschnittsflächen der beiden Mittelschenkel 233, 233c. Die Querschnittflächen der Mittelschenkel 233c und 233 können aufgrund der abgeglichenen Berührfläche 12 als magnetisch wirksame Querschnittflächen vollständig vom Magnetfluss durchsetzt werden und es wird eine sehr streuarme Führung des Magnetflusses im Mittelschenkel des hergestellten Magnetkerns trotz Fertigungstoleranzen erreicht.
  • In einigen anschaulichen Ausführungsformen werden die Kernkörper 200b und 200c durch hinsichtlich der jeweiligen Mittelschenkel 233 und 233c mittig angeordnete Ausrichtausnehmungen 240 und 240c ausgerichtet, bis die Ausrichtausnehmungen 240 und 240c entlang der Erstreckungsrichtung E genau gegenüberliegend angeordnet sind und folglich die Ausrichtausnehmungen 240 und 240c entlang der Erstreckungsrichtung E abgeglichen sind. Demzufolge wird eine symmetrische Ausrichtung der Mittelschenkel 233 und 233c zueinander eingestellt.
  • Zusätzlich oder alternativ kann eine hinsichtlich der Querjoche 210 und 210c symmetrische Ausrichtung der Kernkörper 200b und 200c durch in Flächenschwerpunkten der rückseitigen Oberflächen 213 und 213c angeordnete Ausrichtausnehmungen 240 und 240c erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine hinsichtlich der Seitenschenkel 230 und 230c symmetrische Ausrichtung der Kernkörper 200b und 200c zueinander durch Ausrichtausnehmungen 240 und 240c erreicht werden, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung entlang den Längendimensionen der Kernkörper 200b und 200c mittig angeordnet sind.
  • Gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die Ausrichtvorrichtung Eingriffselemente 250a und 250b auf, die als Fangstifte 251 a und 151b ausgebildet sind, wobei in einer Oberfläche der Fangstifte 251 a und 251 b entsprechende Vorsprünge 253a und 253b ausgebildet sind, die zum Eingriff in die entsprechende Ausrichtausnehmung 240 und 240c konfiguriert sind. Die Vorsprünge 253a und 253b weisen dazu Fangflächen und/oder Fangkanten auf, die mit inneren Oberflächen und/oder Kanten der Ausrichtausnehmungen 240 und 240c in Eingriff gebracht werden. Beispielsweise können die Vorsprünge 253a und 253b als entsprechendes Negativ zur Ausrichtausnehmung 240 und 240c ausgebildet sein. In diesem Fall liegen die Fangflächen der Vorsprünge 253a und 253b beim Eingriff in die Ausrichtausnehmung 240, 240c an die inneren Oberflächen der Ausrichtausnehmung 240, 240c bündig an. Durch eine geführte Positionierung der Eingriffselemente 250a und 250b mit in die entsprechenden Ausrichtausnehmungen 240 und 240c eingreifenden Fangstiften 251a und 251 b kann somit eine Ausrichtung der Kernkörper 200b und 200c relativ zueinander gemäß vorangehender Erläuterung erreicht werden.
  • Die Ausrichtvorrichtung kann gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen ferner eine Anschlagsfläche 255 aufweisen, mittels welcher eine Ausrichtung entlang der Erstreckungsrichtung erfolgt. Dazu kann die Anschlagsfläche 255 entlang der Erstreckungsrichtung positionierbar sein.
  • In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die erfindungsgemäße Ausrichtvorrichtung als Teil einer Klebevorrichtung zum Verkleben von Kernkörpern bereitgestellt.
  • Hinsichtlich der Fig. 4a und 4b werden nachfolgend weitere anschauliche Ausführungsformen der Ausrichtvorrichtung und der Ausrichtausnehmung beschrieben.
  • Fig. 4a zeigt schematisch in einer Querschnittansicht einen vergrößerten Abschnitt einer Ausrichtausnehmung 420a, in die ein Eingriffselement 430 eingreift. Die Ausrichtausnehmung 420a weist Ausrichtflächen 422a, 424a und 426a auf. Beispielsweise kann die Ausrichtausnehmung 420a kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet sein. In speziellen Beispielen sind die dargestellten Ausrichtflächen 422a und 424a rotationssymmetrisch und stellen beispielsweise die Manteloberfläche eines Kegels dar. Im Falle einer pyramidenstumpfförmigen Ausbildung stellen die Ausrichtflächen 422a und 424a ebene Flächen dar, die relativ zueinander geneigt orientiert sind.
  • Das Eingriffselement 430 weist darstellungsgemäß Fangkanten 432 und 434 auf, die bei Eingriff des Eingriffselements 430 in die Ausrichtausnehmung 420a mit den entsprechenden Ausrichtflächen 422a und 424a in Kontakt stehen. Zur Unterstützung des Eingriffs von Eingriffselement 430 in die Ausrichtausnehmung 420a können in den Ausrichtflächen 422a und 424a Ausrichtnuten (nicht dargestellt) ausgebildet sein, in die optional ein elastisches Material eingefüllt sein kann, um eine Beschädigung der Ausrichtflächen 422a und 424a durch die Fangkanten 432 und 434 oder eine Beschädigung der Fangkanten 432, 434 während eines Ausrichtvorgangs zu vermeiden. Alternativ zu dem explizit dargestellten Eingriffselement 430 können anstelle der Fangkanten 432 und 434 durch Abflachung der Kanten ausgebildete Fangflächen (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Ferner kann das in Fig. 4a dargestellte Eingriffselement eine Anschlagfläche (nicht dargestellt) aufweisen, die ein übermäßiges Eindringen des Eingriffselements 430 in die Ausrichtausnehmung 420 verhindert bzw. eine Eindringtiefe des Eingriffselements 430 in die Ausrichtausnehmung 420a festlegt.
  • In Fig. 4b ist eine weitere anschauliche Ausführungsform einer in einer rückseitigen Oberfläche 412b eines Querjochs 410b vorgesehenen Ausrichtausnehmung 420b dargestellt. Die Ausrichtausnehmung 420b weist eine gemäß einem Bereich einer Halbkugeloberfläche ausgebildete innere Oberfläche 422b als Ausrichtfläche auf. In die dargestellte Ausrichtausnehmung 420b kann ein entsprechend konfiguriertes Eingriffselement eingreifen, wobei durch die wenigstens bereichsweise halbkugeloberflächenartige Ausrichtfläche 422b eine Beschädigung der rückseitigen Oberfläche 412b vorteilhafterweise vermieden werden kann. Alternativ kann die Ausrichtausnehmung 420b zylinderförmig ausgebildet sein, wobei im Boden einer zylinderförmigen Ausrichtausnehmung ferner eine wenigstens bereichsweise halbkugeloberflächenartige Ausrichtfläche vorgesehen sein kann.
  • Allgemein erlaubt die Ausrichtausnehmung eine zweidimensionale Positionierung des Kernkörpers und ist stellt z.B. eine entsprechend in der rückseitigen Oberfläche des Kernkörpers ausgebildete Vertiefung dar, die derart dimensioniert ist, dass eine zweidimensionale Positionierung des Kernkörpers mittels einer in die Ausrichtausnehmung eingreifender Ausrichtvorrichtung ausgeführt werden kann.
  • Kernkörper gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen können in einigen anschaulichen Ausführungsformen dadurch gebildet werden, dass ein Pulver aus ferromagnetischem Material bereitgestellt wird. In beispielhaften Ausführungsformen ist das ferromagnetische Material ein Ferritmaterial. Zusätzlich oder alternativ kann ein superparamagnetisches Material vorgesehen sein.
  • In einem nachfolgenden Herstellungsschritt wird das bereitgestellte Pulver in eine Pressform eingefüllt und gepresst, um einen Pressling herzustellen. Die Pressform ist hierbei als Negativ des herzustellenden Kernkörpers ausgebildet und weist insbesondere eine Struktur zur Bildung einer Ausrichtausnehmung auf, beispielsweise einen in der Pressform ausgebildeten Vorsprung oder Zapfen. Alternativ kann eine Ausrichtausnehmung nach dem Pressvorgang mittels eines geeigneten Werkzeugs im Pressling ausgebildet werden.
  • Nach Herstellung des Presslings wird der Pressling in einem weiteren Herstellungsschritt einem Sintervorgang ausgesetzt, um aus dem Pressling einen gesinterten Kernkörper zu bilden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann im gesinterten Kernkörper eine Ausrichtausnehmung mittels eines geeigneten Werkzeugs ausgebildet werden, sofern die Ausrichtausnehmung nicht schon vorab gebildet wurde.
  • In einem nachfolgenden Ausrichtvorgang wird der gesinterte Kernkörper relativ zu einem zweiten Kernkörper, der ähnlich ausgebildet sein kann, als weiteren Herstellungsschritt mittels einer Ausrichtvorrichtung gemäß der vorangehenden Beschreibung ausgerichtet.
  • Nach dem Ausrichtvorgang werden die ausgerichteten gesinterten Kernkörper in einem weiteren Herstellungsschritt miteinander verbunden, um einen Magnetkern herzustellen.
  • Zusammenfassend stellt die vorliegenden Erfindung Kernkörper mit einer Ausrichtstruktur bereit, um bei der Herstellung von Magnetkernen ein von Fertigungstoleranzen unabhängiges Ausrichten zu ermöglichen, bei dem die Fertigungstoleranzen kompensiert werden. In anschaulichen Ausführungsformen weist ein Kernkörper aus ferromagnetischem Material ein Querjoch mit einem Aspektverhältnis von Länge zu Breite größer 1 und wenigstens einen sich seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung davon weg erstreckenden Kernschenkel auf. Ferner ist eine Ausrichtausnehmung in einer rückseitigen Oberfläche des Querjochs ausgebildet, die auf einer den Kernschenkeln gegenüberliegenden Seite des Querjochs angeordnet ist. Ein Magnetkern wird aus Kernkörpern gebildet, wobei mindestens ein Kernkörper mit einer Ausrichtausnehmung bereitgestellt ist und die Kernkörper relativ zueinander ausgerichtet werden.

Claims (15)

  1. Kernkörper aus ferromagnetischem Material, umfassend:
    ein Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension, wobei ein Verhältnis von Längendimension zu Breitendimension größer 1 ist;
    wenigstens einen Kernschenkel, der sich seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung davon wegerstreckt, wobei die Erstreckungsrichtung senkrecht zur Längendimension und Breitendimension orientiert ist; und
    eine Ausrichtausnehmung, die in einer rückseitigen Oberfläche des Querjochs, die auf einer den Kernschenkeln gegenüberliegenden Seite des Querjochs angeordnet ist, ausgebildet ist.
  2. Kernkörper nach Anspruch 1, wobei die Ausrichtausnehmung am Flächenschwerpunkt der rückseitigen Oberfläche angeordnet ist.
  3. Kernkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kernköper ferner wenigstens einen zweiten Kernschenkel aufweist und die Ausrichtausnehmung relativ zu zwei hinsichtlich der Längsdimension außermittig angeordneten Kernschenkeln in der rückseitigen Oberfläche zentriert angeordnet ist.
  4. Kernkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kernschenkel am Querjoch senkrecht zur Erstreckungsrichtung mittig angeordnet ist und die Ausrichtausnehmung hinsichtlich einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung orientierten Querschnittfläche des Kernschenkels flächenzentriert angeordnet ist.
  5. Kernkörper nach einem der Ansprüche Anspruch 1 bis 4, wobei die Ausrichtausnehmung eine Ausrichtfläche aufweist, die wenigstens gemäß einem Teilbereich einer Halbkugeloberfläche oder einer Kegeloberfläche ausgebildet ist.
  6. Kernkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ausrichtausnehmung wenigstens drei ebene Ausrichtflächen aufweist.
  7. Kernkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Breitendimension der Ausrichtausnehmung weniger als 50% der Breitendimension des Querjochs und eine Längendimension der Ausrichtausnehmung weniger als 50% der Längendimension des Querjochs beträgt.
  8. Kernkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Tiefenerstreckung der Ausrichtausnehmung in den Kernkörper weniger als 50% einer Höhendimension des Querjochs beträgt, die parallel zur Erstreckungsrichtung orientiert ist.
  9. Kernkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Kernkörper aus gesintertem Ferritmaterial gebildet ist.
  10. Magnetkern für ein induktives Bauteil, umfassend:
    einen ersten Kernkörper aus ferromagnetischem Material gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9; und
    einen zweiten Kernkörper aus ferromagnetischem Material, der ein zweites Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension, wobei ein Verhältnis von Längendimension zu Breitendimension größer 1 ist, und wenigstens einen Kernschenkel umfasst, der sich seitlich von dem zweiten Querjoch in Erstreckungsrichtung davon wegerstreckt,
    wobei der erste und zweite Kernkörper mittels der Kernschenkel verbunden sind.
  11. Magnetkern nach Anspruch 10, wobei der zweite Kernkörper eine zweite Ausrichtausnehmung aufweist, die in einer rückseitigen Oberfläche des zweiten Querjochs ausgebildet ist und die rückseitige Oberfläche des zweiten Querjochs auf einer den Kernschenkeln gegenüberliegenden Seite des zweiten Querjochs angeordnet ist.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns, umfassend:
    Bereitstellen eines Pulvers aus ferromagnetischem Material;
    Pressen von einem in eine Pressform eingefüllten ferromagnetischen Material, um einen Presslings herzustellen, wobei der Pressling umfasst:
    - ein Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension, wobei ein Verhältnis von Längendimension zu Breitendimension größer 1 ist,
    - mindestens einen Kernschenkel, der sich seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung davon wegerstreckt, und
    - eine Ausrichtausnehmung und
    wobei die Pressform eine die Ausrichtausnehmung hervorrufende Struktur aufweist;
    Sintern des Presslings zum Bilden eines gesinterten Kernkörpers;
    Ausrichten des gesinterten Kernkörpers relativ zu einem zweiten Kernkörper mittels einer Ausrichtvorrichtung, die ein Eingriffselement aufweist, das vor dem Ausrichten mit der Ausrichtausnehmung des gesinterten Kernkörpers in Eingriff gebracht wird, wobei die Ausrichtung entlang Richtungen entlang der Längen- und Breitendimensionen erfolgt; und nachfolgend
    Verbinden des gesinterten Kernkörpers mit dem zweiten Kernkörper zum Bilden des Magnetkerns.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Eingriffselement wenigstens eine Fangfläche und/oder eine Fangkante aufweist, um in die Ausrichtausnehmung einzugreifen.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der zweite Kernkörper ein weiterer gesinterter Kernkörper ist und eine weitere Ausrichtausnehmung aufweist, in das während des Ausrichtens ein weiteres Eingriffselement der Ausrichtvorrichtung eingreift.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei beide Kernkörper jeweils ein Querjoch und einen am jeweiligen Querjoch mittig angeordneten Kernschenkel aufweisen und die mittig angeordneten Kernschenkel zueinander symmetrisch ausgerichtet werden.
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