EP3252785B1

EP3252785B1 - Induktives bauelement und verfahren zur herstellung eines induktiven bauelements

Info

Publication number: EP3252785B1
Application number: EP17173399.1A
Authority: EP
Inventors: Stefan Hundhammer; Martin Grübl; Helmut Rott
Original assignee: Sumida Components and Modules GmbH
Current assignee: Sumida Components and Modules GmbH
Priority date: 2016-06-02
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2037-05-30
Also published as: EP3252785A3; DE102016209693A1; US10832852B2; JP2017220668A; JP6383459B2; US20170352468A1; EP3252785A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen positionierbaren und ausrichtbaren Ferritkern in einem induktiven Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauelements.
Im Allgemeinen weisen induktive Bauelemente eine Spule auf, die häufig durch einen Magnetkern mit wenigstens einer Wicklung gebildet wird. Beispiele für induktive Bauelemente stellen Drosseln und Transformatoren dar.
Häufig besteht der Magnetkern eines induktiven Bauelements aus einem ferromagnetischen Material, wie z.B. Eisenpulver oder Ferrit, und dient zur Führung des Magnetfelds bei gleichzeitiger Erhöhung der magnetischen Kopplung zwischen den Wicklungen und zwischen den Windungen einzelner Wicklungen, wobei die Wicklung aus einem leitfähigen Material, wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium, und in Form eines Flachdrahts, eines Runddrahts, Litzendrahts oder Foliendrahts gebildet wird.
Transformatoren und Drosseln sind zwar in ihrem Aufbau ähnlich, werden jedoch in zueinander unterschiedlichen Einsatzgebieten verwendet. Im Allgemeinen stellen Drossel niederohmige Spulen zur Reduzierung hochfrequenter Ströme auf elektrischen Leitungen dar und werden um Bereich der Stromversorgung elektrischer und elektronischer Geräte, in der Leistungselekronik und in der Hochfrequenztechnik eingesetzt. Demgegenüber dienen Transformatoren 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 zunehmend eine Miniaturisierung, um kompaktere Ausgestaltungen von elektrischen und elektronischen Bauteilen bei geringeren Verlusten und größtmöglichem Leistungsvermögen unter gleichzeitiger flexibler Anpassung an unterschiedliche Spannungsquellen bereitzustellen. In vielen Anwendungen ist z.B. ein von den Schwankungen in einer Versorgungsspannung unabhängiger Betrieb der elektrischen und elektronischen Schaltungseinheiten erwünscht.
Die mit einer Miniaturisierung einhergehenden Herausforderungen können jedoch nur dann zufriedenstellend gelöst werden, wenn die Verluste und Toleranzen bei der Herstellung einzelner Bauelemente so gering wie möglich sind oder weitgehend kompensiert werden. Dies bedeutet für induktive Bauteile dass die für diese Bauteile vorgegebenen Eigenschaften, wie zum Beispiel geometrische Abmessungen und physikalische Parameter (zum Beispiel Induktivität, Wärmeleitung und dergleichen), möglichst geringen Schwankungen unterliegen und, mit anderen Worten, von vorgegebenen Zielgrößen möglichst wenig abweichen.
Eine Anforderung, die in vielen Anwendungen von induktiven Komponenten bzw. Modulen zu erfüllen ist, besteht in einer möglichst präzisen Positionierung und/oder Ausrichtung der induktiven Komponenten/Module relativ zu einer Grund- oder Trägerplatte und/oder anderen Komponenten. Ohne eine präzise Positionierung und/oder Ausrichtung von induktiven Komponenten/Modulen kann es zu nicht akzeptablen Toleranzen in den elektrischen Eigenschaften der induktiven Komponenten/Modulen kommen. Darüber hinaus kann eine ungenaue Positionierung und/oder Ausrichtung von einzelnen induktiven Komponenten/Modulen bei der Herstellung zu Montageproblemen in nachfolgenden Montageprozessen führen, wie etwa zu einer Kollision mit benachbarten Bauteilen.
Ein weiteres Beispiel für herstellungsbedingte Toleranzen, die in der Fertigung von induktiven Baudelementen auftreten (und trotz aller Optimierung nicht zu vermeiden sind) besteht in Längentoleranzen bei Kernkörpern, die aus einem Ferritmaterial gebildet werden. Bei der Herstellung von Ferritkernen wird ein im Allgemeinen pulverförmiges Ferritmaterial in eine gewünschte Form gepresst und in einem anschließenden Temperaturschritt gesintert. Aufgrund von thermisch bedingten Längenänderungen (das Verhalten eines Stoffes/Materials bezüglich Veränderungen seiner Abmessungen bei Temperaturveränderungen wird durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten beschrieben, der eine stoffspezifische Materialkonstante darstellt) sind bei der Sinterung Toleranzen von ± 2,5% zu erwarten.
Die Druckschrift DE 10 2014 205 044 A1 zeigt einen Kernkörper aus einem ferromagnetischem Material, wobei der Kernkörper ein Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension umfasst. Ein Verhältnis von der Längendimension zur Breitendimension ist hierbei größer eins. Der Kernkörper umfasst weiterhin einen Kernschenkel der sich seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung davon weg erstreckt, wobei die Erstreckungsrichtung senkrecht zur Längendimension und Breitendimension orientiert ist. Das Querjoch weist außerdem eine Ausrichtausnehmung auf, die in einer rückseitigen Oberfläche des Querjochs ausgebildet ist. Die rückseitige Oberfläche ist hierbei auf einer dem wenigstens einen Kernschenkel gegenüberliegenden Seite des Querjochs angeordnet.
In der Schrift FR 2 118 872 A1 ist eine Transformator beschrieben, dessen Komponenten durch einen feststehenden Rahmen aneinander montiert werden, der über einem Joch angeordnet wird und in Aussparungen eingreift, die in einer rückseitigen Oberfläche des Jochs an einander gegenüberliegenden Enden des Jochs gebildet sind.
Ausgehend von dem oben dargestellten Stand der Technik sollen ein induktives Bauelement mit einem entsprechenden Ferritkern und ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden induktiven Bauelements bereitgestellt werden, wobei möglichst unabhängig von Fertigungstoleranzen eine möglichst präzise Positionierung und Ausrichtung des Ferritkerns erfolgt.
Die vorangehend dargestellte Aufgabe wird in einem ersten Aspekt gelöst durch ein induktives Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Das induktive Bauelement umfasst einen Ferritkern mit einem Jochkörper, der eine Längendimension, eine Breitendimension und eine Höhendimension aufweist, die jeweils zueinander senkrecht orientiert sind, wobei die Längendimension größer ist als die Höhendimension und/oder die Breitendimension. In einer Seitenfläche des Jochkörpers sind eine Positionierstruktur und eine von der Positionierstruktur verschiedene längliche Ausrichtstruktur bereitgestellt, wobei eine maximale Abmessung der Ausrichtstruktur quer zu einer Richtung ausgerichtet ist, die senkrecht zu einer Verbindungsrichtung zwischen der Positionierstruktur und der Ausrichtstruktur orientiert ist. Die Positionierstruktur und die Ausrichtstruktur sind hierbei entlang der Längendimension zwischen 5% und 75% der Längendimension voneinander beabstandet. Dabei erlaubt die längliche Ausrichtstruktur, zusätzlich zu einer präzisen Positionierung mittels der Positionierstruktur, eine präzise Ausrichtung des Ferritkerns zu erreichen, da die längliche Ausrichtstruktur Freiheitsgrade in der Ausrichtung, hervorgerufen z.B. durch eine Drehung um die Positionierstruktur, durch ihre längliche Gestalt quer zu der Verbindungsrichtung zwischen der Positionierstruktur und Ausrichtstruktur eliminiert Weiterhin umfasst das induktive Bauelement eine Trägerstruktur und mindestens eine Wicklung, die über dem Ferritkern bereitgestellt ist. Der Ferritkern wird dabei durch die Trägerstruktur gehaltert, wobei die Positionierstruktur mit einem an der Trägerstruktur bereitgestellten Positionierelement und die Ausrichtstruktur mit einem an der Trägerstruktur bereitgestellten Ausrichtelement in Eingriff treten. Es wird somit ein induktives Bauelement mit präzisier Positionierung und Ausrichtung des Ferritkerns relativ zur Trägerstruktur bereitgestellt. Das Positionierelement und das Ausrichtelement sind dabei jeweils als zylindrischer oder konischer oder polyedrischer Zapfen ausgebildet. Dies erlaubt eine einfach bereitzustellende Umsetzung des Positionierelements und des Ausrichtelements.
In einer anschaulichen Ausführungsform ist die Positionierstruktur als konische oder zylindrische oder polyedrische Vertiefung ausgebildet. Dies erlaubt eine einfache Umsetzung der Positionierstruktur als Vertiefung im Ferritkern, ohne den Ferritkern zu beschädigen bzw. eine leicht beschädigbare Struktur am Ferritkern vorzusehen.
In einer weiteren anschlaulichen Ausführungsform ist die Ausrichtstruktur als längliche Vertiefung ausgebildet. In einer vorteilhafteren Ausgestaltung hierin erstreckt sich die längliche Vertiefung entlang der Längendimension. Mittels der als längliche Vertiefung ausgebildeten Ausrichtstruktur ist es möglich, die Ausrichtstruktur unabhängig von Toleranzen der Längendimension für eine Vielzahl von Ferritkerne in Serienfertigung bereitzustellen.
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform weist die Vertiefung der Positionierstruktur und/oder der Ausrichtstruktur eine Tiefendimension auf, die kleiner ist eine größte Abmessung der Vertiefung der Positionierstruktur und/oder der Ausrichtstruktur senkrecht zur Tiefendimension. Dadurch werden vorteilhafte Positionier- und/oder Ausrichtstrukturen bereitgestellt, durch die eine magnetische Flussführung im Ferritkern während des Betriebs möglichst wenig beeinflusst wird.
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist die Positionierstruktur in einem Bereich von bis zu 10% der Längendimension um den Flächenschwerpunkt der Seitenfläche angeordnet. Dies stellt einen vorteilhaften Bezugspunkt für eine Positionierung in der Serienfertigung bereit, so dass der Ferritkern mit möglichst guter Präzision positioniert werden kann.
In einer weiteren anschlaulichen Ausführungsform sind die Positionierstruktur und die Ausrichtstruktur voneinander um 40% bis 50% der Längendimension beabstandet. Dies erlaubt eine verbesserte Präzision bei der Ausrichtung.
In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform weist die Ausrichtstruktur entlang einer Verbindungsrichtung zwischen dem Positionierelement und dem Ausrichtelement eine Abmessung auf, die größer ist als eine weitere Abmessung der Ausrichtstruktur in der Seitenfläche senkrecht zur Verbindungsrichtung. Dies erlaubt eine präzise Ausrichtung unabhängig von möglichen Toleranzen entlang der Verbindungsrichtung.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauelements gemäß dem obigen Aspekt bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Ferritkerns gemäß dem obigen Aspekt, ein Anordnen des Ferritkerns an einer Trägerstruktur und ein Anordnen von mindestens einer Wicklung über dem Ferritkern. Das Anordnen des Ferritkerns an der Trägerstruktur umfasst dabei ein Ineingriffbringen der Positionierstruktur mit einem an der Trägerstruktur bereitgestellten Positionierelement und der Ausrichtstruktur mit einem an der Trägerstruktur bereitgestellten Ausrichtelement, oder das Anordnen des Ferritkerns an der Trägerstruktur wird mittels einer Montagevorrichtung durchgeführt, wobei die Montagevorrichtung ein Positionierelement und ein Ausrichtelement umfasst, die entsprechend mit der Positionierstruktur und der Ausrichtstruktur in Eingriff gebracht werden. Dabei sind das Positionierelement und das Ausrichtelement jeweils als ein zylindrischer oder konischer oder polyedrischer Zapfen ausgebildet. Dies stellt vorteilhafte Elemente zur Positionierung und Ausrichtung bereit.
In einer anschlaulichen Ausführungsform wird die Positionierstruktur mit dem Positionierelement in Eingriff gebracht, bevor die Ausrichtstruktur mit dem Ausrichtelement in Eingriff gebracht wird. Entsprechend erfolgt zuerst ein Positionieren des Jochkörpers, gefolgt von einer Ausrichtung des Jochkörpers bezüglich eines weiteren Jochkörpers und/oder der Trägerstruktur.
In einer weiteren anschlaulichen Ausführungsform weist die Ausrichtstruktur entlang einer Verbindungrichtung zwischen dem Positionierelement und dem Ausrichtelement eine Abmessung auf, die größer ist als eine weitere Abmessung der Ausrichtstruktur in der Seitenfläche senkrecht zur Verbindungsrichtung.
Die oben beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen werden nun hinsichtlich verschiedener anschaulicher Ausgestaltungen anhand der beiliegenden Figuren beschrieben, wobei:

Fig. 1a: in einer perspektivischen Ansicht einen Ferritkern gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen darstellt;
Fig. 1b: eine Querschnittansicht zu Fig. 1 darstellt;
Fig. 1c: in einer schematischen Querschnittansicht vergrößert eine Anordnung aus einem Ferritkern (100) und einer Trägerstruktur gemäß anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt;
Fig. 2: in perspektivischer Ansicht schematisch eine Montagevorrichtung gemäß anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt; und
Fig. 3a - 3c: in schematischen perspektivischen Ansichten eine Positionierstruktur und/oder eine Ausrichtstruktur gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.

Fig. 1 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht einen Ferritkern 100 mit einem Jochkörper 110, der entlang einer Längenrichtung L eine Längendimension, entlang einer Breitenrichtung B eine Breitendimension und entlang einer Höhenrichtung H eine Höhendimension aufweist. Der Jochkörper 110 kann z.B. von einer stabförmigen Gestalt sein, wobei ein Verhältnis der Längendimension zur Höhendimension und ein Verhältnis der Längendimension zur Breitendimension größer eins (> 1) sein kann. Gemäß anschaulichen Beispielen kann die Längendimension um mindestens zweimal oder mindestens dreimal oder mindestens fünfmal oder mindestens zehnmal größer sein als die Breitendimension und/oder Höhendimension. Gemäß spezieller beispielhafter Ausführungsformen kann gelten:

Längendimension > Breitendimension = Höhendimension,
Längendimension > Breitendimension > Höhendimension, oder
Längendimension > Höhendimension > Breitendimension.

In einer Seitenfläche 116 des Jochkörpers 110 werden eine Positionierstruktur 112 und eine von der Positionierstruktur 112 verschiedene Ausrichtstruktur 114 bereitgestellt, die entlang der Längenrichtung L (und insbesondere entlang der Längendimension) voneinander um einen Abstand a beabstandet sind.
Gemäß anschaulicher Ausführungsformen kann für den Abstand a gelten: 5% der Längendimension < a < 75% der Längendimension. In speziellen anschaulichen Beispielen kann der Abstand a in einem Bereich zwischen 5% der Längendimension und 50% der Längendimension liegen. In einem speziellen Beispiel kann der Abstand a in einem Bereich von 25% der Längendimension bis 50% der Längendimension liegen, wie z.B. in einem Bereich von 30% der Längendimension bis 40% der Längendimension.
In einer anschaulichen Ausführungsform kann die Seitenfläche 116 eine rückseitige Seitenfläche des Ferritkerns 100 darstellen. Gemäß einem anschaulichen Beispiel kann an einer der Seitenfläche 116 gegenüberliegenden Seitenfläche mindestens ein Schenkel 122 angeordnet sein, wie in Fig. 1a mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Der mindestens eine Schenkel 122 kann mit dem Jochkörper 110 integral ausgebildet sein. Alternativ kann der mindestens eine Schenkel 122 an den Jochkörper 110 angeklebt sein.
Fig. 1b zeigt eine Querschnittansicht des Jochkörpers 110 aus Fig. 1a in einer Ebene, die durch die Längenrichtung L und die Höhenrichtung H festgelegt ist und die Positionierstruktur 114 und die Ausrichtstruktur 112 durchsetzt.
Gemäß der in Fig. 1b dargestellten anschaulichen Ausführungsform können die Positionierstruktur 112 und die Ausrichtstruktur 114 jeweils als eine Vertiefung in der Seitenfläche 116 ausgebildet sein. Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar und die Positionierstruktur 112 und/oder die Ausrichtstruktur 114 kann als eine aus der Seitenfläche 116 herausragende Struktur ausgebildet sein, wie z.B. ein Vorsprung, Zapfen, abstehender Stift, eine Auskragung usw.
In einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Positionierstruktur 112 als konusförmige bzw. kegelstumpfartige Vertiefung ausgebildet sein. Alternativ kann die Positionierstruktur 112 als eine zylinderförmige Vertiefung ausgebildet sein. Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar und die Positionierstruktur kann alternativ auch als eine pyramidenförmige Vertiefung oder im Allgemeinen als eine Vertiefung mit polygonalem Querschnitt, d.h. als Vertiefung von polyedrischer Form, ausgebildet sein.
In anschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Ausrichtstruktur 114 als eine längliche Vertiefung ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass eine Erstreckungsdimension der Ausrichtstruktur 114 entlang einer Richtung größer sein kann als entlang einer Richtung senkrecht dazu, wobei beide Richtungen in der Fläche liegen, in der die Ausrichtstruktur 114 gebildet ist und die kürzere Erstreckungsdimension entlang einer Richtung bestimmt ist, die ungleich einer Richtung ist, die zu einer Verbindungsrichtung zwischen der Ausrichtstruktur 114 und der Positionierstruktur 112 senkrecht orientiert ist. Zum Beispiel ist eine Erstreckungsdimension der Ausrichtstruktur entlang der Breitenrichtung B (insbesondere senkrecht zu L und H in Fig. 1b) kleiner sein als eine Erstreckungsdimension der Ausrichtstruktur 114 entlang der Längenrichtung L. In anschaulichen Beispielen können Aspektverhältnisse der Dimensionen der Ausrichtstruktur 114 gemäß dem Verhältnis der Längendimensionen (d.h., eine Abmessung entlang der Längenrichtung L) zu der Breitendimension (d.h. eine Abmessung entlang der Breitenrichtung B) größer zwei, beispielsweise größer fünf oder gemäß einem weiteren Beispiel größer zehn sein. Dadurch kann, trotz den bei der Herstellung von Kernen zu erwartenden Toleranzen, eine präzise Ausrichtung des Jochkörpers 110 entlang der Breitenrichtung B erfolgen. Es kann eine Toleranz in einer Drehrichtung (Azimutrichtung) mit der Positionierstruktur 112 als Drehzentrum durch ein geringes Aspektverhältnis zur Ausrichtstruktur 114 kompensiert werden. Zusätzlich zu einer genauen Positionierung des Jochkörpers 110 mittels der Positionierstruktur 112 wird daher durch die Ausrichtstruktur 114 eine große Genauigkeit hinsichtlich einer azimutalen Ausrichtung des Jochkörpers 110 relativ zum Drehzentrum ermöglicht.
Gemäß anschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die Ausrichtstruktur 114 entlang der Längenrichtung L eine maximale Abmessung auf.
Die Ausrichtstruktur 114 kann, wie in Fig. 1b dargestellt ist, eine Erstreckungsdimension in der Längenrichtung L aufweisen, die mit dem Bezugszeichen "b" bezeichnet ist. Wie weiter unten hinsichtlich einer Positionierung und Ausrichtung des Ferritkerns 100 zu und/oder auf einer Trägerstruktur (in Fig. 1b nicht dargestellt), z.B. einer Leiterplatte, oder einer Montagevorrichtung (in Fig. 1b nicht dargestellt) erläutert wird, kann mittels der Erstreckungsdimension b eine Toleranz des Jochkörpers 110 bedingt durch Längenkontraktionen, die während einer Sinterung auftreten, kompensiert werden.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1b weist die Positionierstruktur 112 am Boden der Positionierstruktur 112 eine Erstreckungsdimension in der Längenrichtung L auf, wie in Fig. 1b mit dem Buchstaben "c" bezeichnet ist. Eine Erstreckungsdimension der Positionierstruktur 112 in der Längenrichtung L direkt an der Oberfläche der Seitenfläche 116 ist in Fig. 1b mit dem Bezugszeichen "d" bezeichnet.
In anschaulichen Ausführungsformen ist c ≤ d.
Zum Beispiel gilt im Falle einer sich verjüngenden Vertiefung der Positionierstruktur 112, dass die Erstreckungsdimension der Positionierstruktur 112 mit zunehmender Tiefe (entlang der Höhenrichtung) der Positionierstruktur 112 kleiner wird (c < d bzw. c/d < 1). Beispielsweise kann gelten: c/d < 0,8 oder 0,1 < c/d < 0,8. Dies stellt keine Beschränkung dar und alternativ kann gelten: c = d (nicht dargestellt).
In einigen anschaulichen Ausführungsformen der Erfindung kann z.B. gelten: a > b > d.
In beispielhaften Ausführungsformen kann etwa gelten: b/a < 0,5 (z.B. b/a < 0,3 oder b/a < 0,2 oder b/a < 0,15). Zusätzlich oder alternativ kann gelten: c/b < 0,5 (z.B. c/b < 1/3 und/oder 0,4 < c/b). Zusätzlich oder alternativ kann gelten: d/b < 0,5 (z.B. 0,4 > d/b und/oder d/b < 1/3 und/oder 0,25 > d/b).
In anschaulichen Ausführungsformen kann eine Tiefe der Ausrichtstruktur 114 (in Fig. 1b bezeichnet mit dem Bezugszeichen "e1") derart gewählt sein, dass ein Feldlinienverlauf innerhalb des Jochkörpers 110 während des Betriebs des Ferritkerns 100 in einem induktiven Bauelement (nicht dargestellt) so gering wie möglich beeinflusst wird. Gleichfalls kann eine Tiefe der Positionierstruktur (in Fig. 1b bezeichnet mit Bezugszeichen "e2") derart gewählt sein, dass ein Feldlinienverlauf im Jochkörper 110 während des Einsatzes des Ferritkerns 100 in einem magnetischen Bauelement (nicht dargestellt) so wenig wie möglich beeinflusst wird. Der Ausdruck "so wenig wie möglich" kann eine Fehlertoleranz von höchstens 25% bedeuten, z.B. höchstens 15% oder höchstens 10% oder höchstens 5% oder höchstens 1%. Gemäß spezieller Beispiele kann gelten: e1 = e2. Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung dar und es können unterschiedliche Tiefen für die Positionierstruktur 112 und die Ausrichtstruktur 114 gewählt werden, d.h. e1 ≠ e2, wobei in einigen speziellen Beispielen hierin gelten kann: e2 > e1.
An einer der Seitenfläche 116 gegenüberliegenden Seitenfläche 118 kann wenigstens ein Schenkel angeordnet sein: in beispielhaften Ausführungsformen können zwei Seitenschenkel 122 und/oder ein Mittelschenkel 124 bereitgestellt sein, wie anhand gestrichelter und strichpunktierter Linien in Fig. 1b angedeutet ist. Der wenigstens eine Schenkel 122, 124 kann mit dem Jochkörper 110 zur Bereitstellung eines Ferritkern (100)s durch Sinterung integral gebildet sein. Alternativ können die Schenkel an einen stabförmigen Jochkörper 110 angeklebt sein.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist über dem Jochkörper 110 mindestens eine Wicklung W vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Wicklung W vor der Positionierung und Ausrichtung des Ferritkerns 100 an einer Trägerstruktur (nicht dargestellt) und/oder einem weiteren Ferritkern (nicht dargestellt, kann ähnlich dem Ferritkern 100 ausgebildet sein) angeordnet werden.
Fig. 1c zeigt eine Positionierung und Ausrichtung des Jochkörpers 110 an einer Trägerstruktur 130, wie z.B. einer Leiterplatte, Schaltplatine und dergleichen. Die Trägerstruktur 130 weist an einer der Seitenfläche 116 zugerichteten Oberfläche 132 der Trägerstruktur 130 bereitgestellte Elemente zur Ausrichtung und Positionierung des Jochkörpers 110 an der Trägerstruktur 130 auf. Insbesondere sind eine Positionierstruktur 134 zum In-Eingriff-Treten mit der Positionierstruktur 112 und ein Ausrichtelement 136 zum In-Eingriff-Treten mit der Ausrichtstruktur 114 in der Oberfläche 132 ausgebildet. Gemäß einem anschaulichen Beispiel ist das Positionierelement 134 derart ausgebildet, dass es passgenau in die Positionierstruktur 112 eingreift. Gemäß der in Fig. 1c dargestellten Querschnittansicht ist das Positionierelement 134 als ein zylindrischer oder konischer oder polyedrischer Zapfen ausgebildet, der von der Oberfläche 132 der Trägerstruktur absteht.
In einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der Oberfläche 132 ferner ein Ausrichtelement 136 gebildet, das, ähnlich dem Positionierelement 134, als ein zylindrischer oder konischer oder polyedrischer Zapfen von der Oberfläche 132 absteht. Während durch die passgenaue Entsprechung zwischen der Positionierstruktur 112 und dem Positionierelement 134 eine sehr genaue Positionierung des Jochkörpers 110 an der Trägerstruktur 130 erreicht werden kann, wird durch ein Ineingriffbringen des Ausrichtelements 136 mit der Ausrichtstruktur 114 eine sehr genaue Ausrichtung des Jochkörpers 110 auf der Trägerstruktur 130 erreicht. Durch die Erstreckungsdimension b der Ausrichtstruktur 114 (vgl. Fig. 1b) können Toleranzen in der Längendimension des Jochkörpers 110, die durch den Herstellungsprozess bedingt werden, kompensiert werden. Damit wird eine genaue Positionierung und Ausrichtung des Jochkörpers 110 in der Oberfläche 132 der Trägerstruktur 130 unabhängig von Fertigungstoleranzen in der Längenausdehnung des Jochkerns 110, z.B. durch die Temperaturlängenausdehnung und dergleichen, bereitgestellt.
In einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Positionierstruktur 112 in einem Flächenschwerpunkt der Fläche 116 des Jochkörpers 110 ausgebildet sein. Alternativ kann die Positionierstruktur 112 in einem Bereich von höchstens 10% der Längendimension um den Flächenschwerpunkt der Seitenfläche 116 herum angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Bereich entsprechend einem Kreis mit einem Radius von 10% der Längendimension und einem Kreismittelpunkt am Flächenschwerpunkt auf dem Jochkörper angerissen oder gedacht werden, wobei die Positionierstruktur 112 in diesem Bereich auf dem Jochkörper (d.h., ein Schnittbereich zwischen diesem Kreis und dem Jochkörper) angeordnet ist.
In einer anschaulichen Ausführungsform sind die Positionierstruktur 112 und die Ausrichtstruktur 114 entlang der Längenrichtung L in der Seitenfläche 116 angeordnet, insbesondere kann eine (gedachte) Verbindungslinie zwischen der Positionierstruktur 112 und der Ausrichtstruktur 114 parallel zu Längenrichtung L orientiert sein (in Fig. 1a sind z.B. die Ausrichtstruktur 114 und die Positionierstruktur 112 auf der mit "L" bezeichneten gestrichelten Linie angeordnet; der Doppelpfeil "a" in Fig. 1a ist in dieser Hinsicht als eine Verbindungsrichtung zwischen der Ausrichtstruktur 114 und der Positionierstruktur 112 anzeigend interpretierbar).
In einer anschaulichen Ausführungsform ist die Ausrichtstruktur 114 entlang einer Verbindungsrichtung zwischen dem Positionierelement 134 und dem Ausrichtelement 136 relativ zur Positionierstruktur 112 angeordnet und weist in der Verbindungsrichtung eine Abmessung auf, die größer ist als eine weitere Abmessung der Ausrichtstruktur 114 in der Seitenfläche 110 senkrecht zur Verbindungsrichtung, insbesondere in der Breitenrichtung B.
Mit Bezug auf Fig. 1c wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauelements beschrieben. Hierbei wird ein Ferritkern 100 mit einem Jochkörper 110 bereitgestellt. Über dem Ferritkern kann mindestens eine Wicklung W angeordnet sein. Der Ferritkern wird an der Trägerstruktur 130 angeordnet, wobei das Anordnen des Ferritkerns 100 an der Trägerstruktur 130 ein Ineingriffbringen der Positionierstruktur 112 mit einem an der Trägerstruktur 130 bereitgestellten Positionierelement 134 und der Ausrichtstruktur 114 mit einem an der Trägerstruktur 130 bereitgestellten Ausrichtelement 136 umfasst.
In einer anschaulichen Ausführungsform wird die Positionierstruktur 112 mit dem Positionierelement 134 in Eingriff gebracht, bevor die Ausrichtstruktur 114 mit dem Ausrichtelement 136 in Eingriff gebracht wird. Alternativ kann die Positionierstruktur mit dem Positionierelement genau dann in Eingriff gebracht werden, wenn die Ausrichtstruktur mit dem Ausrichtelement in Eingriff gebracht wird.
Fig. 2 zeigt, in einer perspektivischen Ansicht, schematisch eine Montagevorrichtung 150, die in einer Herstellung eines induktiven Bauelements verwendet werden kann, um einen Ferritkern (beispielsweise den Ferritkern 100 aus den Fig. 1a bis 1c) herzustellen und/oder bezüglich einer Trägerstruktur (nicht dargestellt), z.B. eine Leiterplatte, einem Wickelkörper (nicht dargestellt) und dergleichen, zu positionieren und auszurichten. Die Montagevorrichtung 150 kann eine wannenförmige Vertiefung 152 umfassen, in deren Bodenfläche 154 Elemente zur Positionierung und Ausrichtung einen Ferritkern (beispielsweise den Ferritkern 100 aus den Fig. 1a bis 1c) gebildet sein können. In einem speziellen Beispiel kann die Montagevorrichtung 150 ein wannenförmiges oder becherförmiges Element mit einer Halte- oder Greifstruktur (nicht dargestellt), z.B. einen Handgriff und/oder Saugansatz etc., umfassen, so dass die Montagevorrichtung manuell oder maschinell positionierbar ist.
Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform können ein Positionierelement 156 und ein Ausrichtelement 158 in der Bodenfläche 154 der Montagevorrichtung 150 bereitgestellt sein, um mit entsprechenden Positionier- und Ausrichtstrukturen am Ferritkern in Eingriff zu treten. Dabei sind das Positionierelement 156 und das Ausrichtelement 158 jeweils als ein zylindrischer oder konischer oder polyedrischer Zapfen ausgebildet, beispielsweise ähnlich den Positionier- und Ausrichtelementen 134 und 136 wie im Zusammenhang mit der Trägerstruktur 130 zu Fig. 1c oben beschrieben ist. Die wannenförmige Vertiefung 152 kann als Teil der nicht weiter dargestellten Montagevorrichtung 150 verwendet werden, um einen Jochkörper (beispielsweise den Jochkörper 110 gemäß der Fig. 1a bis 1c) bezüglich eines weiteren Jochkörpers (ähnlich dem Jochkörper 110, der oben hinsichtlich der Fig. 1a bis 1c beschrieben ist) zu positionieren und auszurichten. Dabei kann ein Jochkörper in die wannenförmige Vertiefung 152 aufgenommen werden, wobei das Positionierelement 156 und das Ausrichtelement 158 mit entsprechenden Positionier- und Ausrichtstrukturen (vgl. beispielsweise 112 und 114 in den Fig. 1a bis 1c) des Jochkörpers in Eingriff gebracht werden. Dadurch wird eine exakte Positionierung und Ausrichtung eines Jochkörpers innerhalb der wannenförmigen Vertiefung 152 und damit relativ zur Montagevorrichtung 150 genau festgelegt.
Mit Bezug auf die Fig. 3a bis 3c werden nun beispielhafte Ausgestaltungen für ein Positionierelement und/oder ein Ausrichtelement genauer beschrieben.
Fig. 3a zeigt ein Positionier- und/oder Ausrichtelement 160, das in einer Oberfläche 162 einer Trägerstruktur (nicht dargestellt) oder einer Montagevorrichtung (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Das Positionier- und/oder Ausrichtelement 160 ist gemäß der Darstellung in Fig. 3a als zylindrischer Zapfen ausgebildet.
Fig. 3b zeigt ein Positionier- und/oder Ausrichtelement 170, das in einer Oberfläche 172 einer Trägerstruktur (nicht dargestellt) oder einer Montagevorrichtung (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Das Positionier- und/oder Ausrichtelement 170 ist gemäß der Darstellung in Fig. 3b als konischer oder kegelstumpfartiger Zapfen ausgebildet.
Fig. 3c zeigt ein Positionier- und/oder Ausrichtelement 180, das in einer Oberfläche 182 einer Trägerstruktur (nicht dargestellt) oder einer Montagevorrichtung (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Das Positionier- und/oder Ausrichtelement 180 ist gemäß der Darstellung in Fig. 3c als keilförmiger Zapfen ausgebildet. Dies stellt keine Beschränkung dar, und der Zapfen 180 kann als allgemeiner polyedrischer Körper ausgebildet sein, etwa als Tetraeder, Pyramide, Pyramidenstumpf usw., und Kombinationen davon.
Eine hinsichtlich verschiedener Ausführungsformen oben beschriebene Trägerstruktur kann gemäß anschaulicher Beispiele der Erfindung als eine Grundplatte oder Träger bzw. "carrier" ausgeführt sein. Zum Beispiel kann eine Grundplatte als Träger bzw. "carrier" fungieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Trägerstruktur ein Gehäuse umfassen. Beispielweise kann eine Grundplatte einen Teil eines Gehäuses darstellen, in das zumindest ein Ferritkern oder ein induktives Bauelement mit dem Ferritkern wenigstens teilweise aufzunehmen ist.
Gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen kann eine Montagevorrichtung ein temporäres Hilfsmittel zur Positionierung und Ausrichtung eines Jochkörpers bezüglich einem anderen Jochkörper und/oder einer Trägerstruktur darstellen. Alternativ kann die Montagevorrichtung ausgebildet sein, um dauerhaft verbaut zu werden.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die Trägerstruktur als ein Kunststoffspritzgussteil ausgeführt sein, wobei sich Positionier- und Ausrichtelemente einfach umsetzen lassen. Alternativ kann es durch Strangpressen gebildet werden. In einem speziellen Beispiel kann die Trägerstruktur als Grundplatte ausgeführt sein, die als Spritzgussteil gebildet ist, oder zumindest eine entsprechend gebildete Grundplatte umfassen.

Claims

Induktives Bauelement, umfassend:
einen Ferritkern (100) mit einem Jochkörper (110), der eine Längendimension, eine Breitendimension und eine Höhendimension aufweist, die jeweils zueinander senkrecht orientiert sind, wobei die Längendimension größer ist als die Höhendimension und/oder die Breitendimension; und

mindestens eine Wicklung (W) über dem Ferritkern (100);

eine Trägerstruktur (130), wobei der Ferritkern (100) durch die Trägerstruktur (130) gehaltert wird,

wobei in einer Seitenfläche (116) des Jochkörpers (110) eine Positionierstruktur (112) und eine von der Positionierstruktur (112) verschiedene längliche Ausrichtstruktur (114) bereitgestellt sind, wobei eine maximale Abmessung der Ausrichtstruktur (114) quer zu einer Richtung ausgerichtet ist, die senkrecht zu einer Verbindungsrichtung zwischen der Positionierstruktur (112) und der Ausrichtstruktur (114) orientiert ist,

wobei die Positionierstruktur (112) und die Ausrichtstruktur (114) entlang der Längendimension zwischen 5% und 75% der Längendimension voneinander beabstandet sind, wobei die Positionierstruktur (112) mit einem an der Trägerstruktur (130) bereitgestellten Positionierelement (134) und die Ausrichtstruktur (114) mit einem an der Trägerstruktur (130) bereitgestellten Ausrichtelement (136) in Eingriff treten

dadurch gekennzeichnet, dass

das Positionierelement (134) und das Ausrichtelement (136) jeweils als ein zylindrischer oder konischer oder polyedrischer Zapfen ausgebildet sind.
Induktives Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Positionierstruktur (112) als eine konische oder zylindrische oder polyedrische Vertiefung ausgebildet ist.
Induktives Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausrichtstruktur (114) als eine längliche Vertiefung ausgebildet ist.
Induktives Bauelement nach Anspruch 3, wobei sich die längliche Vertiefung entlang der Längendimension erstreckt.
Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Vertiefung der Positionierstruktur (112) und/oder der Ausrichtstruktur (114) eine Tiefendimension (e1, e2) aufweist, die kleiner ist als eine größte Abmessung der Vertiefung der Positionierstruktur (112) und/oder der Ausrichtstruktur (114) senkrecht zur Tiefendimension.
Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Positionierstruktur (112) in einem Bereich von 10% der Längendimension um den Flächenschwerpunkt der Seitenfläche (116) angeordnet ist.
Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Positionierstruktur (112) und die Ausrichtstruktur (114) voneinander in einem Bereich von 40 bis 50% der Längendimension beabstandet sind.
Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ausrichtstruktur (114) entlang einer Verbindungsrichtung zwischen dem Positionierelement (134) und dem Ausrichtelement (136) eine Abmessung aufweist, die größer ist als eine weitere Abmessung der Ausrichtstruktur (114) in der Seitenfläche (116) senkrecht zur Verbindungsrichtung.
Verfahren zur Herstellung eines induktives Bauelements, umfassend:
Bereitstellen eines Ferritkerns (100) mit einem Jochkörper (110), der eine Längendimension, eine Breitendimension und eine Höhendimension aufweist, die jeweils zueinander senkrecht orientiert sind, wobei die Längendimension größer ist als die Höhendimension und/oder die Breitendimension, wobei in einer Seitenfläche (116) des Jochkörpers (110) eine Positionierstruktur (112) und eine von der Positionierstruktur (112) verschiedene längliche Ausrichtstruktur (114) bereitgestellt sind, wobei eine maximale Abmessung der Ausrichtstruktur (114) quer zu einer Richtung ausgerichtet ist, die senkrecht zu einer Verbindungsrichtung zwischen der Positionierstruktur (112) und der Ausrichtstruktur (114) orientiert ist, und wobei die Positionierstruktur (112) und die Ausrichtstruktur (114) entlang der Längendimension zwischen 5% und 75% der Längendimension voneinander beabstandet sind;

Anordnen des Ferritkerns (100) an einer Trägerstruktur (130); und

Anordnen von mindestens einer Wicklung (W) über dem Ferritkern (100),

wobei das Anordnen des Ferritkerns (100) an der Trägerstruktur (130) ein In-Eingriff-Bringen der Positionierstruktur (112) mit einem an der Trägerstruktur (130) bereitgestellten Positionierelement (134) und der Ausrichtstruktur (134) mit einem an der Trägerstruktur bereitgestellten Ausrichtelement (136) umfasst, oder

das Anordnen des Ferritkerns (100) an der Trägerstruktur (130) mittels einer Montagevorrichtung (150) durchgeführt wird, wobei die Montagevorrichtung (150) ein Positionierelement (156) und ein Ausrichtelement (158) umfasst, die entsprechend mit der Positionierstruktur (112) und der Ausrichtstruktur in Eingriff gebracht werden,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Positionierelement (134) und das Ausrichtelemenl (136) jeweils als ein zylindrischer oder konischer oder polyedrischer Zapfen ausgebildet sind,
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Positionierstruktur (112) mit dem Positionierelement (134, 156) in Eingriff gebracht wird, bevor die Ausrichtstruktur (114) mit dem Ausrichtelement (136, 158) in Eingriff gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Ausrichtstruktur (114) entlang einer Verbindungsrichtung zwischen dem Positionierelement (134, 156) und dem Ausrichtelement (136, 158) eine Abmessung aufweist, die größer ist als eine weitere Abmessung der Ausrichtstruktur (114) in der Seitenfläche senkrecht zur Verbindungsrichtung.