EP3021332B1 - Induktivität sowie herstellungsverfahren hierfür - Google Patents
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- EP3021332B1 EP3021332B1 EP15169708.3A EP15169708A EP3021332B1 EP 3021332 B1 EP3021332 B1 EP 3021332B1 EP 15169708 A EP15169708 A EP 15169708A EP 3021332 B1 EP3021332 B1 EP 3021332B1
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Definitions
- the invention relates to a method for producing an inductance according to claim 10, as well as an electrical inductance according to claim 1.
- the present application focuses on inductors for use as electrical reactors (line and commutating reactors, filter reactors, motor reactors, etc.) and electrical filters for use with frequency converters (sine-wave filters and du / dt filters, etc.).
- Electrical inductances are contained in a great many electrical and electronic devices, and their main purpose is to convert or separate one or more, in particular different, voltage potentials, in current limitation, the reduction of voltage rising edges, the compensation of harmonic components or in the formation of a magnetic field.
- electrical inductors contain one or more electrical coils.
- windings can be wound on a bobbin, which is usually made of an electrically non-conductive material, usually plastic be present or as so-called air coils, which have no bobbin as a winding core.
- the at least one coil is structurally connected to the iron core.
- the at least one coil is placed over the iron core, that due to the applied coil voltage and the induction occurring in this case, a magnetic flux is generated in the iron core.
- this is usually made of a stack of superimposed individual, rolled sheets, so-called dynamo sheets or transformer sheets, wherein the individual sheets must be electrically isolated from each other.
- the individual sheets are coated on the rolled surfaces usually with an electrically insulating insulating or possess here an electrically insulating oxidation layer.
- the laminated core can enclose the coil partially or fully encircling, wherein the sheets of different formats and sizes joined together form the iron core of the inductor.
- E UI or M blanks can be merged into a laminated core.
- two or more sheets per layer and in particular from layer to layer are rotated by 180 ° usually piled up, which is a very high and usually only manually manageable workload.
- the visible in the plan view of the sheet metal contour of each layer in a circumferentially closed iron core is not a single sheet, but this is composed because of the mountability of at least two sheets.
- the laminated core is assembled on one side (without changing the sheet metal direction) to form a block and then welded together on the outer sides of the abutting edges of the sheets as a block.
- the resulting magnetic short circuit at the edge of the magnetic field is hereby accepted for economic reasons.
- transformers Despite the fundamentally same structure of transformers on the one hand and chokes or filters on the other hand, they should have different properties in operation, which in detail also requires different structural details, if one wants to optimize the desired function in each case in the foreground: For example, in the case of transformers, the focus is on efficiency, ie the reduction of power loss: For this purpose, an attempt is made to minimize the magnetic resistance of the iron core as possible. In the case of the mostly circumferentially closed iron cores, which for assembly reasons can not be composed of individual, annularly closed metal sheets, this means that the occurring at the contact point between adjacent plates of the laminated core magnetic resistance should be kept as low as possible, which is attempted by measures such as minimizing the air gap between them or even stuffing with magnetic material in the joint.
- chokes and filters which are a passive attenuator, for example, for filtering out the harmonic harmonics
- a defined air gap is needed just because it just causes the desired damping.
- the desired damping behavior in each case is determined by the size and arrangement of the air gaps in the iron core, ie in or between the laminated cores.
- an electrical inductance in particular for use as a choke or filter, and a method for their preparation available so that the production cost is reduced and the function of the inductance is improved, in particular as a throttle and filter.
- the middle longitudinal leg is just as long or longer than the coil that is arranged around it.
- securing strips made of electrically insulating material
- the longitudinal limb which are longer than the central longitudinal limb and extend into the region of the yokes extend into it and thereby form a positive locking against lateral withdrawal of the central coil and the central longitudinal leg.
- the positions of the air gaps and their number can be selected by the longitudinal legs do not have to be each one piece, but in their direction of extension may consist of several sections.
- the coil preferably extends over the air gaps between the outer longitudinal limb and the extension of the yoke, so that there - even if additional air gaps are provided - all the air gaps are within the length of the coil, which is very advantageous for the function as throttle or filter (minimization of stray fields).
- the iron core is held together by a tensioning device acting only from the outside, which does not penetrate the iron core, and which is additionally variable in the spacing of its clamping plates, that is, when e.g. different thickness spacers are used in the air gaps.
- the longitudinal legs should have the same cross-section as the extensions of the yoke, and in particular the sheet planes in the longitudinal limbs run in alignment with those in the extensions in order to achieve a homogenization of the magnetic field forming.
- the central longitudinal leg thus ends in front of the inner surfaces of the C-shaped yoke in its central region, usually with an air gap to the yoke.
- the thus not existing positive securing the middle longitudinal leg is achieved by the additional, already mentioned securing strips.
- the air gaps are usually effected by inserted spacers made of electrically insulating material, which is a very easy way to produce air gaps defined width.
- the longitudinal legs are generally cuboid and then consist of stacked rectangular plates.
- the coils around the individual longitudinal limbs have an axial length, that extends in the longitudinal direction of the longitudinal leg, which fills the distance between the two yokes as completely as possible in order to effect a positive securing of the longitudinal position of the coils within the iron core alone.
- the yokes are not bent at the transition from their main part in the extension just 90 °, but cranked twice by 45 ° and thus have at their ends a slope, both in its outer contour and in its inner contour, and all the sheets from which the yoke is formed, have this slope.
- the individual longitudinal limbs may be formed in several parts in their course, with free choice between the length of these items as well as the width of the air gaps therebetween.
- the spacers should preferably have the same area as the cross-section of the longitudinal leg in which they are located in order not to cause a different dielectricity in the interior of the air gap.
- the cross-sectional area of the longitudinal legs and the extensions of the yokes is dimensioned so that they fill together with the inserted on both sides of the fuse strip exactly the inner space of each coil and Thereby, a precisely fitting positive locking between the coil on the one hand and iron core on the other hand is given.
- the securing strips are also used in the outer legs, although they would not be needed there for the positive locking, since the extensions of the yokes protrude into the interior of the coil in the outer coils.
- the fuse strips are therefore also arranged on the outer longitudinal limbs, so that the iron core can be made of sheet metal strips of constant thickness, otherwise the width of the metal strip used for the yoke would have to change from the central region to the extensions, which is detrimental to the function and consuming for the production of these sheets is.
- the tensioning device is preferably made of two clamping plates which are placed on the outer sides of the yokes and have a projection either in the main plane of the iron core or transversely thereto or both. At their supernatant, the two clamping plates are clamped by means of clamping screws in the longitudinal direction against each other, and thus press the yokes against each other, so that a pressure on the spacers, which define the air gaps, constructed and maintained.
- the clamping plates are preferably formed as hat profiles.
- the clamping plates also have further passage openings in addition to the holes for the clamping screws that penetrate them. in order to drain the casting agent in the subsequent wetting or potting the entire assembled inductance.
- clamping plate On the clamping plate can also - if necessary between the yoke and clamping plate - a conventional NS rail for attaching transformers be arranged, which are required for operation as a throttle or filter.
- the clamping plates are wider than the iron core measured transversely to its main plane and also wider than the coils in this direction, firstly to be able to attach clamping screws in the projection, but also to provide a protective projection over the coil and the iron core ,
- the object is achieved by the method steps of claim 10 :
- a very simple device is used, theoretically, the assembly could also be done purely manually: After assembling the yokes of individual sheets, a coil is attached to the extensions of the first yoke, or - if the three coils before unit - the entire coil unit.
- the outer longitudinal limbs are inserted into the outer coils, and the middle longitudinal limb is inserted into the middle coil.
- the second yoke can be inserted with its extensions in the outer coils - again with the interposition of a spacer - and the clamping device are mounted, which presses in this position, the two yokes against each other.
- the clamping device consists of the two clamping plates and connecting clamping screws, the - preferably hat-shaped - clamping plates are placed on the outside of the yokes and screwed the clamping screws.
- the iron core 24 off FIG. 1 is in FIG. 2a shown in the plan on its main plane 16 , and in FIG. 2b in the side view, ie in the direction of view of this main plane 16th
- each of the yokes 2 has at its ends in right angle to the direction of extension of the yoke 2 in the same direction projecting extensions 7 a, b.
- the extensions 7 a, b of the lower yoke 2 are directed upward, the extensions 7 a, b of the upper yoke 2 are directed downward, and are aligned with the projections 7 a, b of the lower yoke . 2
- the transition of the main part of the yoke 2 to the extensions 7 a, b has in each case a slope 14 , so two bends by 45 °.
- the yokes 2 are composed of individual, in this form C-shaped, sheets 4 a, b, which are placed inside each other and fit into each other, built.
- an outer longitudinal leg 1 a also consists of individual, in this case rectangular, parallel to each other laid sheets.
- a middle longitudinal leg 1 b which extends substantially from the inner sides of a yoke 2 in its central region to the inside of the other yoke 2 and also from parallel to each other, not at all interconnected, rectangular sheets 4 x, y and runs parallel to the outer longitudinal limbs 1 a.
- an air gap 13 which is obtained in the assembled state of the iron core 24 in particular that plate-shaped spacers 15 whose surface corresponds to the cross-sectional area of the longitudinal limbs 1 a, b, are inserted.
- the cross-sectional area of the outer longitudinal limbs 1 a, b is the same and preferably coincides with the cross-sectional area of the central longitudinal limb 1 b, so that the same spacers 15 can be used for all longitudinal limbs, if the thickness of the air gap 13 should also be the same in each case.
- Both the central longitudinal limb 1 b and the outer longitudinal limb 1 a can also each consist in their extension direction of several partial longitudinal limbs 1 b 1, 1 b 2 , as in an alternative embodiment in Figure 2c shown.
- both the construction of the longitudinal limbs of one or more partial longitudinal limbs and the thickness of the spacers 15 depends on the respective intended use of the inductance.
- the purpose of the invention is to have as many possible variations as possible the structure and the details of the iron core to have despite an easy to implement construction of the inductance.
- This assembly is as follows: After the lower yoke 2 is composed of sheets 4 a, b, the two outer bobbin 3 are attached to the upwardly projecting extensions 7 a, b of this lower yoke 2 , and also set the middle bobbin 3 between the two outer bobbin 3 , which then rests on the top of the yoke 2 in its central region.
- one of the plate-shaped spacers 15 are inserted from above into the coil interiors 29 of the bobbin 3 , so that they rest with their main surface on the end face of one of the extensions 7 a, b and thus lie transversely in the coil interior 29 , the Cross sections of the extensions 7 a, b also substantially fill.
- the iron core 24 has a measured transversely to its main plane 16 depth which is less than the corresponding extension of the cross section of the coil interior space 29, namely lower by so much that both sides of the iron core 24 are each just a securing strip 12 along each of the longitudinal limb 1 a, b can be interposed, what is now performed as the next step by inserting from above into the coil interior 29th
- the securing strips 12 are longer than the central longitudinal leg 1 b, and are pushed in the central bobbin 3 so far down that its lower end extends into the region of the lower yoke 2 .
- this represents the form-fitting securing so that, in the assembled state, the middle bobbin 3 can not be pulled out of it transversely to the main plane 16 of the laminated core 24 .
- the longitudinal legs 1 a, b are inserted from above into the individual bobbin 3 between the respective two securing strips 12. If one of the longitudinal legs 1 a, b consists of several partial longitudinal limbs 1 b 1 , 1 b 2 , these are used successively , each with the interposition of a spacer 15th
- the transversely projecting rear and forward projections 23 a, b of the hat profile have mutually aligned holes 26 through which the two clamping plates 17 can be braced against each other by means of clamping screws 25 , and thereby hold the iron core 24 together.
- NS rail 27 can be screwed, which serves for the positive fastening of transformers 28 , which are required for some applications of this inductance.
- a further clamping plate 17 are fixed so that the hat-shaped bulges are directed against each other.
- This lowermost clamping plate 17 can serve, for example, the screwing against the ground or another machine part.
- a support plate may be attached, which protrudes from the cross section of the hat profile of the clamping plate 17 to the side and the fastening of capacitors 30 , which are also required for certain applications of the inductance.
- FIGS. 3a c show the assembled state in various views of the inductance according to FIG. 1 ,
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Induktivität nach Anspruch 10, sowie eine Elektrische Induktivität nach Anspruch 1.
- Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung stehen Induktivitäten für die Verwendung als elektrische Drosseln (Netz- und Kommutierungsdrosseln, Filterkreisdrosseln, Motordrosseln usw.) und elektrische Filter für den Einsatz an Frequenzumrichtern (Sinusfilter und du/dt- Filter usw.) im Vordergrund.
- Elektrische Induktivitäten sind in sehr vielen elektrischen und elektronischen Geräten enthalten, und ihr Hauptzweck besteht im Umwandeln oder Trennen eines oder mehrerer, insbesondere unterschiedlicher, Spannungspotenziale, in der Strombegrenzung, der Reduzierung von Spannungsanstiegsflanken, der Kompensation von Oberwellenanteilen oder in der Bildung eines Magnetfeldes.
- Zu diesem Zweck enthalten elektrische Induktivitäten eine oder mehrere elektrische Spulen.
- Deren Wicklungen können auf einem Spulenkörper, der in der Regel aus einem elektrisch nicht leitendem Material, meist Kunststoff, besteht, aufgewickelt sein oder als so genannte Luftspulen vorliegen, die keinen Spulenkörper als Wicklungskern besitzen.
- Um das Prinzip der Induktivität mit Eisenkern als Einheit in Funktion zu bringen, wird die wenigstens eine Spule mit dem Eisenkern konstruktiv verbunden. Hierbei wird die wenigstens eine Spule so über dem Eisenkern platziert, dass aufgrund der angelegten Spulenspannung und der dabei auftretenden Induktion ein magnetischer Fluss im Eisenkern erzeugt wird.
- Bei Transformatoren und ebenso bei Drosseln und Filtern werden häufig die beiden Spulen in Form der Wicklungen von einem gemeinsamen, geschlossen umlaufenden Eisenkern durchdrungen, was das Betriebsverhalten und die Effizienz der Induktivität verbessert.
- Um Wirbelströme zu vermeiden, wird dieser in der Regel aus einem Stapel von übereinandergelegten einzelnen, gewalzten Blechen, sogenannten Dynamo-Blechen oder Trafo-Blechen, hergestellt, wobei die einzelnen Bleche elektrisch gegeneinander isoliert sein müssen. Zu diesem Zweck sind die einzelnen Bleche an den gewalzten Flächen in der Regel mit einem elektrisch isolierenden Isolierlack beschichtet oder besitzen hier eine elektrisch isolierende Oxidationsschicht.
- Um die Bleche dauerhaft als Eisenkern (nachfolgend auch als Blechpaket bezeichnet) zusammenzuhalten, werden diese bisher häufig miteinander durch Durchgangslöcher in den Blechen isoliert mit Schrauben verschraubt, mittels Druckstücken verspannt oder am Rand verschweißt.
- Dabei werden auch die in der Regel benötigten Befestigungswinkel oder andere Anbauteile an der Induktivität, mit dem Blechpaket, verschraubt, verschweißt oder verspannt.
- Das Blechpaket kann die Spule teilweise oder voll umlaufend umschließen, wobei die Bleche aus unterschiedlichen Formaten und Größen zusammengefügt den Eisenkern der Induktivität bilden. So können unter Anderem genormte Bleche so genannte E-, UI- oder M-Zuschnitte zu einem Blechpaket zusammengeführt werden.
- Um auf die benötigte Dicke des Blechpakets zu gelangen, werden in der Regel zwei oder mehrere Bleche pro Lage und insbesondere von Lage zu Lage um 180° gedreht aufgeschichtet, was einen sehr hohen und meist nur manuell zu bewältigenden Arbeitsaufwand darstellt.
- Dabei besteht ja die in der Aufsicht auf die Blechebene sichtbare Kontur jeder Lage bei einem umlaufend geschlossenen Eisenkern nicht aus einem einzelnen Blech, sondern diese ist wegen der Montierbarkeit aus mindestens zwei Blechen zusammengesetzt.
- Bei der Schweißmethode wird das Blechpaket einseitig (ohne Wechsel der Blechrichtung) zu einem Block zusammengefügt und anschließend an den Außenseiten der Stoßkanten der Bleche als Block miteinander verschweißt. Der entstehende magnetische Kurzschluss am Rand des Magnetfeldes wird hierbei aus wirtschaftlichen Gründen in Kauf genommen.
- Trotz des grundsätzlich gleichen Aufbaus von Transformatoren einerseits und Drosseln oder Filtern andererseits, sollen diese im Betrieb unterschiedliche Eigenschaften besitzen, was im Detail auch unterschiedliche konstruktive Details erfordert, wenn man die jeweils gewünschte im Vordergrund stehende Funktion optimieren will:
So steht bei Transformatoren beispielsweise die Effizienz, also die Verringerung der Verlustleistung, im Vordergrund:
Zu diesem Zweck wird versucht, den magnetischen Widerstand des Eisenkerns möglichst zu minimieren. Bei den meist umlaufend geschlossenen Eisenkernen, die aus Montagegründen nicht aus einzelnen, ringförmig geschlossenen Blechen zusammengesetzt werden können, bedeutet dies, dass die an der Kontaktstelle zwischen aneinander grenzenden Blechen des Blechpaketes auftretende magnetische Widerstand möglichst gering gehalten werden soll, was durch Maßnahmen wie Minimierung des Luftspaltes dazwischen oder gar Anfüllen mit magnetischem Material in der Fuge versucht wird. - Bei Drosseln und Filtern dagegen, die ja ein passives Dämpfungsglied beispielsweise zum Ausfiltern der harmonischen Oberwellen darstellen, wird ein definierter Luftspalt gerade benötigt, da dieser gerade die gewünschte Dämpfung bewirkt. Das im Einzelfall gewünschte Dämpfungsverhalten wird dabei durch Größe und Anordnung der Luftspalte im Eisenkern, also in oder zwischen den Blechpaketen, bestimmt.
- Ein weiterer Punkt der bei Drosseln und Filtern im Vordergrund steht, ist häufig die Reduzierung der Geräuschemission an frequenzgesteuerten Motoren und Schutz der Motorisolationen durch Reduzierung der Spannungsanstiegsflanken (z.B. durch lange Motorzuleitungen).
- Aus der
WO 2013/183 420 A1 ist bereits eine elektrische Induktivität mit einem aus gegeneinander Blechen zu einem Blechpaket zusammengesetzten Eisenkern als magnetischen Flussleitkörper bekannt, die zwei Joche aufweist, von denen jedes Joch mit dem gegenüberliegenden Joch unter Bildung definierter Luftspalte und spezieller pulvermetalurgisch hergestellter Kerne verbunden ist, wobei die Joche aus C-förmig gebogenen Blechen bestehen. - Ähnliche elektrische Induktivitäten mit definierten Luftspalten darin sind beispielsweise aus der
EP 2498 266 A2 oder derDE 3414 581 A1 bekannt. - Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Elektrische Induktivität, insbesondere zur Verwendung als Drossel oder Filter, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung zur Verfügung zu stellen, sodass der Herstellungsaufwand verringert und die Funktion der Induktivität insbesondere als Drossel und Filter verbessert wird.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Durch die spezifische Ausbildung der Elektrische Induktivität gemäß Anspruch 1 ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen:
Durch die beiden Fortsätze an den Enden jedes Joches, die in den inneren Freiraum je einer Spule hineinragen, wird die Montage erleichtert, denn die äußeren Spulen erstrecken sich über die Fortsätze der Joche und halten damit die Joche und die äußeren Längsschenkel zusammen. - In der Mitte ist kein Fortsatz vorhanden, sodass der mittlere Längsschenkel genauso lang oder gar länger ist als die Spule, die darum herum angeordnet ist. Damit man dennoch nicht die mittlere Spule zusammen mit dem mittleren Längsschenkel aus der Ebene des Eisenkerns heraus verlagern kann, werden beidseits des Längsschenkels Sicherungsstreifen (aus elektrisch isolierendem Material) eingesteckt, die länger sind als der mittlere Längsschenkel und sich jeweils bis in den Bereich der Joche hinein erstrecken und dadurch eine formschlüssige Sicherung gegen seitliches Herausziehen der mittleren Spule und des mittleren Längsschenkels bilden.
- Funktionale Vorteile, nämlich eine gute elektrische Dämpfung mittels dieser Induktivität, wird erreicht, indem zunächst einmal die Luftspalte nach Bedarf dimensioniert werden können, indem die dafür eingelegten Abstandshalter unterschiedliche Dicken aufweisen können.
- Zusätzlich können die Positionen der Luftspalte und deren Anzahl gewählt werden, indem die Längsschenkel nicht jeweils einstückig sein müssen, sondern in ihrer Erstreckungsrichtung aus mehreren Teilstücken bestehen können.
- Bei den äußeren Längsschenkeln erstreckt sich vorzugsweise die Spule über die Luftspalte zwischen äußerem Längsschenkel und dem Fortsatz des Joches hinweg, sodass dort - auch wenn zusätzliche Luftspalte vorgesehen werden - sich sämtliche Luftspalte innerhalb der Länge der Spule befinden, was für die Funktion als Drossel oder Filter sehr vorteilhaft ist (Minimierung von Streufeldern).
- Dass die Joche in sich durchbruchsfrei sind und auch der gesamte Eisenkern - außer den beiden großen Innenräumen zwischen den Längsschenkeln - durchbruchsfrei ist, da beispielsweise keine Durchgangsbohrungen durch die Bleche für Querverschraubungen benötigt werden, führt dazu, dass sich das magnetische Feld sehr viel homogener ausbilden kann, als bei Vorhandensein weiterer Durchbrüche. Vor allem wird ein Durchbruch in der Mitte des Joches vermieden durch die Bauform des Joches mit nur je einem Fortsatz an den Enden, und nicht im mittleren Bereich:
- Mittels der entsprechend C-förmig gebogenen Bleche können auf diese Art und Weise Joche ohne innere Durchbrüche hergestellt werden, bei denen die Blechebene der einzelnen Bleche quer zur Hauptebene des fertig gestellten Eisenkerns verläuft.
- Der Eisenkern wird zusammengehalten durch eine lediglich von außen angreifende Spannvorrichtung, die den Eisenkern nicht durchdringt, und die zusätzlich hinsichtlich des Abstands ihrer Spannplatten variabel ist, also wenn z.B. unterschiedlich dicke Abstandshalter in die Luftspalte eingesetzt werden.
- Vorzugsweise sollten die Längsschenkel denselben Querschnitt wie die Fortsätze des Joches aufweisen, und insbesondere auch die Blechebenen in den Längsschenkeln fluchtend mit denen in den Fortsätzen verlaufen, um eine Homogenisierung des sich ausbildenden Magnetfeldes zu erreichen.
- Vorzugsweise endet der mittlere Längsschenkel somit vor den Innenflächen des C-förmigen Joches in dessen mittleren Bereich, normalerweise mit einem Luftspalt zum Joch hin. Die dadurch nicht vorhandene formschlüssige Sicherung des mittleren Längsschenkels wird durch die zusätzlichen, bereits erwähnten Sicherungsstreifen erreicht.
- Die Luftspalte werden in der Regel durch eingelegte Abstandshalter aus elektrisch isolierendem Material bewirkt, was eine sehr einfache Möglichkeit ist, Luftspalte definierter Breite zu erzeugen.
- Die Längsschenkel sind in der Regel quaderförmig und bestehen dann aus aufeinander gelegten rechteckigen Blechen. Die Spulen um die einzelnen Längsschenkel herum besitzen eine axiale Länge, also in Längsrichtung der Längsschenkel verlaufend, die den Abstand zwischen den beiden Jochen möglichst vollständig ausfüllt, um allein dadurch eine formschlüssige Sicherung der Längsposition der Spulen innerhalb des Eisenkerns zu bewirken.
- Die Joche sind am Übergang von ihrem Hauptteil in den Fortsatz nicht einfach um 90° gekröpft, sondern zwei Mal um je 45° gekröpft und besitzen dadurch an ihren Enden eine Schräge, sowohl in ihrer Außenkontur als auch in ihrer innenseitigen Kontur, und auch alle Bleche aus denen das Joch gebildet ist, besitzen diese Schräge.
- Dadurch wird die Ausbildung von sog. Hot Spots zumindest an den Innenecken des Eisenkernes verhindert und damit ein homogeneres Magnetfeld erzielt.
- Je nach Auslegung der Induktivität können die einzelnen Längsschenkel in ihrem Verlauf mehrteilig ausgebildet sein, wobei freie Wahl zwischen hinsichtlich der Länge dieser Einzelteile als auch der Breite der Luftspalte dazwischen besteht. Die Abstandshalter sollten vorzugsweise die gleiche Fläche besitzen wie der Querschnitt des Längsschenkels, in dem sie sich befinden, um keine unterschiedliche Dielektrizität im Inneren des Luftspaltes zu bewirken.
- Die Querschnittsfläche der Längsschenkel und auch der Fortsätze der Joche ist so bemessen, dass sie zusammen mit den beidseits eingesteckten Sicherungsstreifen genau den inneren Freiraum der jeweiligen Spule ausfüllen und dadurch eine passgenaue formschlüssige Sicherung zwischen Spule einerseits und Eisenkern andererseits gegeben ist.
- Die Sicherungsstreifen werden auch bei den äußeren Schenkeln eingesetzt, obwohl sie dort für die formschlüssige Sicherung gar nicht benötigt würden, da ja bei den äußeren Spulen die Fortsätze der Joche in das Innere der Spule hineinragen.
- Die Sicherungsstreifen werden deshalb auch an den äußeren Längsschenkeln angeordnet, damit der Eisenkern aus Blechstreifen gleichbleibender Dicke hergestellt werden kann, denn sonst müsste sich die Breite der für das Joch verwendeten Blechstreifen von dem mittleren Bereich zu den Fortsätzen hin verändern, was nachteilig für die Funktion und aufwändig für die Herstellung dieser Bleche ist.
- Die Spannvorrichtung besteht vorzugsweise aus zwei Spannplatten, die auf die Außenseiten der Joche gelegt werden und einen Überstand entweder in der Hauptebene des Eisenkerns oder quer dazu oder beides aufweisen. An ihrem Überstand werden die beiden Spannplatten mittels Spannschrauben in Längsrichtung gegeneinander verspannt, und pressen damit die Joche gegeneinander, sodass ein Druck auf die Abstandshalter, welche die Luftspalte definieren, aufgebaut und beibehalten wird.
- Dieser Druck auf die Abstandshalter bewirkt, dass die Geräuschemissionen der Induktivität im Betrieb sehr viel niedriger sind als ohne oder nur geringe Vorspannung gegen die Abstandshalter.
- Um eine formschlüssige Sicherung der Spannbleche gegenüber dem Eisenkern quer zu dessen Hauptebene zu gewährleisten, sind die Spannplatten vorzugsweise als Hutprofile ausgebildet.
- Vorzugsweise weisen die Spannplatten außer den Bohrungen für die sie durchdringenden Spannschrauben auch weitere Durchgangsöffnungen auf, um bei dem anschließenden Benetzen oder Vergießen der gesamten fertig montierten Induktivität das Vergussmittel ablaufen zu lassen.
- An der Spannplatte kann zusätzlich - ggf. zwischen Joch und Spannplatte - eine übliche NS-Schiene zum Befestigen von Trafos angeordnet sein, die für den Betrieb als Drossel oder Filter benötigt werden.
- Vorzugsweise sind die Spannplatten breiter als der quer zu seiner Hauptebene gemessene Eisenkern und auch breiter als die Spulen in dieser Richtung, zum einen um Spannschrauben im Überstand anbringen zu können, zum anderen aber auch, um einen schützenden Überstand über die Spule und den Eisenkern zu bieten.
- Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 10 gelöst:
Zum Aufbau der Induktivität wird bevorzugt eine allerdings sehr einfach aufgebaute Vorrichtung benutzt, theoretisch könnte der Zusammenbau auch rein manuell erfolgen: Nach Zusammensetzen der Joche aus einzelnen Blechen wird auf die Fortsätze des ersten Joches jeweils eine Spule aufgesteckt, oder - falls die drei Spulen vorher zu einer Einheit verbunden wurden - die gesamte Spuleneinheit. - Anschließend werden - nach Einlegen der Abstandshalter in die inneren Freiräume der Spulen - die äußeren Längsschenkel in die äußeren Spulen eingesetzt, und der mittlere Längsschenkel in die mittlere Spule eingesetzt.
- Spätestens jetzt, eventuell bereits vorher, werden die je zwei Sicherungsstreifen in den Innenraum jeder Spule eingesetzt.
- Nunmehr kann das zweite Joch mit seinen Fortsätzen in die äußeren Spulen eingesteckt werden - wieder unter Zwischenlegen je eines Abstandshalters - und die Spannvorrichtung angebracht werden, die in dieser Stellung die beiden Joche gegeneinander presst. Wenn die Spannvorrichtung aus den beiden Spannplatten und verbindenden Spannschrauben besteht, werden die - vorzugsweise hutförmigen - Spannplatten auf die Außenseite der Joche aufgelegt und die Spannschrauben verschraubt.
- Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1:
- die Induktivität in Explosionsdarstellung,
- Fig. 2a-c:
- verschiedene Varianten des Eisenkerns,
- Fig. 3a-c:
- die Induktivität im zusammengebauten Zustand.
- Der Eisenkern 24 aus
Figur 1 ist inFigur 2a in der Aufsicht auf seine Hauptebene 16 dargestellt, und inFigur 2b in der Seitenansicht, also in Blickrichtung dieser Hauptebene 16. - Wie in
Figur 2a zu erkennen, besteht der Eisenkern 26 in der Aufsicht auf seine Hauptebene 16 aus einem ringförmig umlaufenden Blechpaket mit etwa quadratischer Form und abgeschrägten Ecken, bestehend aus einem oberen und einem unteren, C-förmigen Joch 2. Jedes der Joche 2 besitzt an seinen Enden im rechten Winkel zur Erstreckungsrichtung des Joches 2 in die gleiche Richtung abragende Fortsätze 7a, b. - Die Fortsätze 7a, b des unteren Joches 2 sind nach oben gerichtet, die Fortsätze 7a, b des oberen Joches 2 sind nach unten gerichtet, und fluchten mit den Fortsätzen 7a, b des unteren Joches 2.
- Der Übergang des Hauptteils des Joches 2 zu den Fortsätzen 7a, b weist jeweils eine Schräge 14 auf, also zwei Biegungen um jeweils 45°.
- Die Joche 2 sind aus einzelnen, in dieser Form C-förmig gebogenen, Blechen 4a, b, die ineinander gelegt sind und genau ineinander passen, aufgebaut.
- Zwischen den zueinander fluchtenden Fortsätzen 7a einerseits und 7b andererseits befindet sich jeweils ein äußerer Längsschenkel 1a, der ebenfalls aus einzelnen, in diesem Fall rechteckigen, parallel aneinander angelegten Blechen besteht.
- Zusätzlich befindet sich im inneren Freiraum 5 dieses ringförmig umlaufenden Blechpaketes 24 ein mittlerer Längsschenkel 1b, der sich im wesentlichen von den Innenseiten des einen Joches 2 in dessen mittleren Bereich bis zur Innenseite des anderen Joches 2 erstreckt und ebenfalls aus parallel aneinander angelegten, überhaupt nicht miteinander verbundenen, rechteckigen Blechen 4x, y besteht und parallel zu den äußeren Längsschenkeln 1a verläuft.
- An den stirnseitigen Enden der Längsschenkel 1a, b und den Jochen 2 befindet sich jeweils ein Luftspalt 13, der im zusammengebauten Zustand des Eisenkerns 24 dadurch erhalten wird, dass insbesondere plattenförmige Abstandshalter 15, deren Fläche der Querschnittsfläche der Längsschenkel 1a, b entspricht, eingelegt sind.
- Die Querschnittsfläche der äußeren Längsschenkel 1a, b ist die gleiche und stimmt vorzugsweise mit der Querschnittsfläche des mittleren Längsschenkels 1b überein, sodass für alle Längsschenkel die gleichen Abstandshalter 15 benutzt werden können, wenn die Dicke des Luftspaltes 13 auch jeweils die gleiche sein soll.
- Sowohl der mittlere Längsschenkel 1b als auch die äußeren Längsschenkel 1a können auch jeweils in ihrer Erstreckungsrichtung aus mehreren Teil-Längsschenkeln 1b1, 1b2 bestehen, wie in einer alternativen Ausführungsform in
Figur 2c dargestellt. - Sowohl der Aufbau der Längsschenkel aus ein oder mehreren Teil-Längsschenkeln als auch die Dicke der Abstandshalter 15 hängt vom jeweiligen Einsatzzweck der Induktivität ab. Der Zweck der Erfindung besteht ja vereinfacht ausgedrückt darin, möglichst viele Variationsmöglichkeiten gerade hinsichtlich des Aufbaus und der Details des Eisenkerns zu haben trotz einem einfach durchzuführenden Aufbau der Induktivität.
- Das Vorgehen beim Aufbau der Induktivität kann am besten anhand der Explosionsdarstellung der
Figur 1 erläutert werden:
Zunächst muss - siehe linke Bildhälfte derFigur 1 - der Eisenkern 24 mit der Spuleneinheit 31 zusammengebaut werden, von der inFigur 1 lediglich die in der Regel aus Kunststoff bestehenden, hülsenförmigen Spulenkörper 3 dargestellt sind, um deren Außenflächen herum jedoch vor dem Zusammenbau die elektrischen Spulen 3 mit ihren Wicklungen 19a, b aufgebracht sind unter Verwendung des Spulenkörpers 3 als Wickelkern 20, wie inFigur 3a - c zu sehen. - Dieser Zusammenbau geht wie folgt vor sich:
Nachdem das untere Joch 2 aus Blechen 4a, b zusammengesetzt ist, werden die beiden äußeren Spulenkörper 3 auf die nach oben ragenden Fortsätze 7a, b dieses unteren Joches 2 aufgesteckt, und auch der mittlere Spulenkörper 3 zwischen die beiden äußeren Spulenkörper 3 gesetzt, der dann auf der Oberseite des Joches 2 in dessen mittleren Bereich aufsitzt. - Anschließend werden von oben her in die Spulen-Innenräume 29 der Spulenkörper 3 jeweils einer der plattenförmigen Abstandshalter 15 eingelegt, sodass sie mit ihrer Hauptfläche auf der Stirnfläche eines der Fortsätze 7a, b aufliegen und damit quer im Spulen-Innenraum 29 liegen, den die Querschnitte der Fortsätze 7a, b auch im wesentlichen ausfüllen.
- Allerdings besitzt der Eisenkern 24 eine quer zu seiner Hauptebene 16 gemessene Tiefe, die geringer ist als die entsprechende Erstreckung des Querschnittes des Spulen-Innenraumes 29, und zwar um soviel geringer, dass beidseits des Eisenkerns 24 jeweils gerade ein Sicherungsstreifen 12 entlang jedem der Längsschenkel 1a, b dazwischengeschoben werden kann, was nunmehr als nächster Schritt durchgeführt wird durch Einschieben von oben in die Spulen-Innenräume 29.
- Die Sicherungsstreifen 12 sind länger als der mittlere Längsschenkel 1b, und werden im mittleren Spulenkörper 3 soweit nach unten geschoben, dass ihr unteres Ende bis in den Bereich des unteren Joches 2 reicht.
- Dies stellt die formschlüssige Sicherung dagegen dar, damit im zusammengebauten Zustand der mittlere Spulenkörper 3 nicht quer zur Hauptebene 16 des Blechpaketes 24 aus diesem herausgezogen werden kann.
- Nun werden die Längsschenkel 1a, b von oben her in die einzelnen Spulenkörper 3 eingesetzt zwischen die jeweils zwei Sicherungsstreifen 12. Wenn einer der Längsschenkel 1a, b aus mehreren Teil-Längsschenkeln 1b1, 1b2 besteht, werden diese nacheinander eingesetzt, jeweils unter Zwischenlage eines Abstandshalters 15.
- Auf die oberen Enden der eingesetzten Längsschenkel 1a, b werden ebenfalls Abstandshalter 15 aufgelegt und dann das vorher aus Blechen zusammengesetzte obere Joch 2 mit seinen Fortsätzen 7a, b nach unten weisend in die Spulen-Innenräume 29 der beiden äußeren Spulenkörper 3 eingesteckt zwischen die dortigen Sicherungsstreifen 12.
- Damit diese Einheit nicht mehr unerwünschterweise demontiert werden kann, müssen lediglich die beiden Joche 2 gegeneinander verspannt werden. Dies wird im nächsten Schritt dadurch erreicht, dass jeweils eine Spannplatte 17 in Form einer hutförmigen Schiene, die so dimensioniert ist, dass die quer zur Hauptebene 16 gemessene Tiefe des Eisenkerns 24 genau in die Vertiefung des Querschnittes des Hutprofiles passt von oben auf das obere Joche 2 und von unten gegen das untere Joch 2 gelegt wird.
- Die quer nach hinten und vorne vorstehenden Überstände 23a, b des Hutprofiles weisen zueinander fluchtende Bohrungen 26 auf, durch die hindurch die beiden Spannplatten 17 mittels Spannschrauben 25 gegeneinander verspannt werden können, und dadurch den Eisenkern 24 zusammenhalten.
- Vor oder nach dem Anbringen dieser aus den Spannplatten 17 und den Spannschrauben 25 bestehenden Spannvorrichtung 6 am Eisenkern 24 können an der Spannvorrichtung 6 weitere Bauteile befestigt werden:
So kann auf der oberen Spannplatte 17 eine sog. NS-Schiene 27 verschraubt werden, die dem formschlüssigen Befestigen von Trafos 28 dient, die für manche Anwendungen dieser Induktivität benötigt werden. - Ebenso kann an der Unterseite der unteren Spannplatte 17 eine weitere Spannplatte 17 so befestigt werden, dass die hutförmigen Aufwölbungen gegeneinander gerichtet sind. Diese unterste Spannplatte 17 kann beispielsweise der Verschraubung gegenüber dem Untergrund oder einem anderen Maschinenteil dienen.
- Ebenso kann entweder an der unteren Spannplatte 17 oder einer zusätzlichen untersten Spannplatte 17 eine Tragplatte befestigt sein, die vom Querschnitt des Hutprofils der Spannplatte 17 aus zur Seite vorsteht und dem Befestigen von Kondensatoren 30 dient, die ebenfalls für bestimmte Anwendungen der Induktivität benötigt werden.
- Die
Figuren 3a -c zeigen den fertig zusammengebauten Zustand in verschiedenen Ansichten der Induktivität gemäßFigur 1 . -
- 1a, b
- Längsschenkel
- 1a1,1a2
- Teil-Längsschenkel
- 2
- Joch
- 3
- Spulenkörper
- 3'
- Spule
- 4a, b, x, y
- Blech
- 5
- innerer Freiraum
- 6
- Spannvorrichtung
- 7a, b
- Fortsatz
- 8
- Kleber
- 9a, b
- Stirnfläche
- 10
- Längsrichtung
- 11
- Querrichtung, Verlaufsrichtung Joch
- 12
- Sicherungsstreifen
- 13
- Luftspalt
- 14
- Schräge
- 15
- Abstandshalter
- 16
- Hauptebene
- 17
- Spannplatte
- 18
- Dicke
- 19a, b
- Wicklung
- 20
- Wickelkern
- 21
- Stirnplatte
- 22
- Durchgangsöffnung
- 23a, b
- Überstand
- 24
- magnetischer Flussleitkörper, Eisenkern
- 25
- Spannschraube
- 26
- Bohrung
- 27
- NS-Schiene
- 28
- Trafo
- 29
- Spulen-Innenraum
- 30
- Kondensatoren
- 31
- Spuleneinheit
Claims (12)
- Elektrische Induktivität als elektrisches passives Dämpfungsglied, mit- einem aus gegeneinander isolierten Blechen (4a, b) zu einem Blechpaket zusammengesetzten Eisenkern (24) als magnetischem Flussleitkörper (24) mit- drei parallel im Abstand zueinander angeordneten, in Erstreckungsrichtung verlaufenden Längsschenkeln (1a, 1b, 1a) mit einem Ende an jeder Seite, die Innenräume bilden,- zwei Jochen (2), von denen jedes Joch (2) die auf die gleiche Seite weisenden Enden der Längsschenkel (1a, b) unter Bildung mindestens eines Luftspaltes verbindet,- die Joche (2) aus C-förmig gebogenen, passgenau ineinander gelegten Blechen (4a, b) bestehen,- drei ringförmig geschlossen umlaufende Spulen (3), von denen jede passgenau um einen der Längsschenkel (1a, b) herum verläuft, wobei- jedes Joch (2) an beiden Enden des Joches (2) in Erstreckungsrichtung der Längsschenkel (1a, 1b, 1a) abstrebende Fortsätze (7a, b) aufweist,- zwischen je zwei gegeneinander gerichteten Fortsätzen (7a, b) der beiden Joche (2) je ein äußerer Längsschenkel (1a) unter Bildung mindestens eines Luftspaltes (13) angeordnet ist,- die Joche (2) mittels einer Spannvorrichtung (6), die dazu geeignet ist, die Joche (2) gegeneinander zu pressen, sodass ein Druck auf die Abstandshalter (15), welche die Luftspalte definieren, aufgebaut und beibehalten wird, deren Teile (6a, b) außerhalb des Blechpakets angeordnet sind, gegeneinander verspannt sind,- der Eisenkern (24) außer den beiden Innenräumen zwischen den Längsschenkeln (1a, b) durchbruchfrei ist,- zwischen allen Längsschenkeln (1b) und der Innenwand der Spule (3) Sicherungsstreifen (12) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet sind, die länger sind als die Länge des mittleren Längsschenkels (1b) und beidseits bis in den Bereich der Joche (2) reichen.
- Induktivität nach Anspruch 1, wobei
die äußeren Längsschenkel (1a) den gleichen Querschnitt wie die Fortsätze (7a, b) aufweisen, und/oder
der mittlere Längsschenkel (1b) beabstandet um einen Luftspalt (13) vor den Innenflächen der C-förmigen Joche (2) endet. - Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
in den Luftspalten (13) Abstandshalter (15) aus elektrische isolierendem Isoliermaterial angeordnet sind, und/oder
die Längsschenkel (1a, b) aus aufeinandergelegten rechteckigen Blechen (4 x, y) bestehen, deren Blechebenen mit den Blechebenen der Bleche (4a, b) in den Fortsätzen (7a, b) fluchten. - Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Spulen (3) in Längsrichtung (10) den Abstand zwischen den beiden Jochen (2) ausfüllen, und/oder
die Spulen (3) einen Spulenkörper (3) aus Kunststoff aufweisen, auf dem eine Wicklung (19a, b) aufgebracht ist. - Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Bleche (4a, b) der Joche (2) am Übergang vom Hauptteil des Joches (2) in den Fortsatz eine Schräge (14), aufweisen, und/oder
die Spulen (3) auf den äußeren Längsschenkeln (1a) so lang sind, dass sie die Luftspalte (13) zwischen den äußeren Längsschenkeln (1a) und den Fortsätzen (7a, b) der Joche (2) überdecken. - Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Längsschenkel (1a, b) mehrteilig ausgebildet sind, indem sie in ihrer Erstreckungsrichtung unterbrochen sind durch Luftspalte (13), in denen sich Abstandshalter (15) befinden, und/oder
die Abstandshalter (15) die gleiche Fläche besitzen wie der Querschnitt der Längsschenkel (1a, b), in deren Luftspalten (13) sie sich befinden. - Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Spannvorrichtung (6) aus zwei Spannplatten (17) besteht, die auf den Außenseiten der Joche (2) liegen und an ihrem Überstand (23a, b) durch Spannschrauben (25) in Längsrichtung (10) gegeneinander verspannt sind. - Induktivität nach Anspruch 7, wobei
die Induktivität von einem aushärtenden Kunststoff benetzt, oder in diesem vergossen, ist, und/oder
die Spannplatten (17) außer Bohrungen (26) für die Spannschrauben (25) Durchgangsöffnungen (22) für das Ablaufen des Vergussmittels aufweisen. - Induktivität nach Ansprüche 7 und 8, wobei an einer der Spannplatten (17), eine Schiene, insbesondere eine NS-Schiene (27) zum Befestigen von Trafos (28) angeordnet ist, und/oder eine der Spannplatten (17) in der Aufsicht betrachtet mindestens so breit ist wie die Spulen (3).
- Verfahren zum Herstellen einer Induktivität, die- einen Eisenkern (24) mit drei beabstandeten Längsschenkeln (1a, 1b, 1a) und zwei C-förmigen Jochen (2) mit endseitigen Fortsätzen (7a, b) sowie- drei Spulen (3) und- eine Spannvorrichtung (6)aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten:a) Zusammensetzen eines ersten Joches (2) aus Blechen (4a, b) und Anordnen des Joches (2) mit nach oben weisenden Fortsätzen (7a, b),b) Aufstecken der beiden äußeren Spulen (3) auf die Fortsätze (7a, b) und Anordnen der mittleren Spule (3) zwischen den beiden so positionierten äußeren Spulen (3),c) Einstecken von je zwei Sicherungsstreifen (12) aus elektrisch isolierendem Material in jeden Spulen-Innenraum (29) entlang an den Außenflächen des Joches (2),d) Einlegen je eines plattenförmigen Abstandshalters (15) in jeden Spulen-Innenraum (29) der drei Spulen (3),e) Einstecken des äußeren und des mittleren Längsschenkels (1a,b) in die Innenräume (29) jeder der drei Spulen (3) oder der mehreren Teil-Längsschenkel (1b1, 1b2) nacheinander in jedem Innenraum (29) der drei Spulen mit Dazwischenlegen je eines Abstandshalters (15),f) Auflegen von Abstandshaltern (15) auf die oberen Stirnflächen der drei Längsschenkel (1a, b),g) Zusammensetzen eines zweiten Joches (2) aus C-förmig gekröpften Blechen (4a, b),h) Einstecken des zweiten Joches (2) mit den Fortsätzen (7a, b) nach unten in die Spuleninnenräume (29) der beiden äußeren Spulen (3) zwischen die Sicherungsstreifen (12),i) Anlegen der Spannvorrichtung (6) am Eisenkern (24) und Verspannen der beiden Joche gegeneinander.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei
vor dem Aufstecken der drei Spulen (3), die drei Spulen (3) miteinander mechanisch zu einer Spulen-Einheit verbunden werden, und/oder die Induktivität auf der Außenseite elektrisch isolierend beschichtet, oder elektrisch isolierend vergossen, wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche,
wobei das Anbringen der Spannvorrichtung (6) erfolgt durch- Anlegen einer Spannplatte (17) oberhalb und unterhalb des Eisenkerns (24) an den Außenseiten der Joche (2),- Anordnen und Verspannen von Spannschrauben (25) zwischen den beiden Spannplatten (17) seitlich neben dem Eisenkern (24) und den Spulen (3).
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