WO2023066701A1 - Method for producing an inductive component, and inductive component - Google Patents

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WO2023066701A1
WO2023066701A1 PCT/EP2022/078114 EP2022078114W WO2023066701A1 WO 2023066701 A1 WO2023066701 A1 WO 2023066701A1 EP 2022078114 W EP2022078114 W EP 2022078114W WO 2023066701 A1 WO2023066701 A1 WO 2023066701A1
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Klaus Richter
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    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an inductive component with an electrically conductive coil and a magnetic material surrounding the coil at least in sections, the coil having a filament and at least two connection points electrically connected to the filament.
  • the invention also relates to an inductive component that is produced using the method according to the invention.
  • connection of the coil to the connection points which is usually designed as a welded or soldered point, can be problematic here.
  • the connection of the coil to the connection points therefore has a higher ohmic resistance, possibly also an ohmic resistance that is not the same over the entire cross section of the welding or soldering point.
  • the aim of the invention is to improve a method for producing an inductive component and an inductive component.
  • a method for producing an inductive component with an electrically conductive coil and a magnetic material surrounding the coil at least in sections, the coil having a filament and at least two connection points electrically connected to the filament the following steps are provided: Production of a preform from a mass containing particles of the magnetic material, the mass containing in particular the magnetic material in powder form, for example ferrite powder, and a binder, the preform having a cavity whose outer contour corresponds to or is similar to an outer contour of the coil, sintering the mass forming the preform and thereby forming a mold from the magnetic material, filling the cavity of the mold from the magnetic material with liquid metal, in particular copper, and cooling the metal and thereby forming the coil with the filament and the connection points.
  • the coil and the connection points can be formed in one piece by casting the coil. This means that there is no need to create a connection between the connection points and the coil in a separate work step. It can thereby be ensured that a connection between the connection points and the coil does not differ in the electrical properties from the connection points or the coil. In particular, it can be ensured that a connection between the connection points and the coil has homogeneous electrical properties and in particular a homogeneous ohmic resistance over the entire cross section. Casting the coil with the filament and the connection points as a one-piece coil therefore offers considerable advantages with regard to the electrical properties of the coil. In addition, the coil is cast in a mold formed by the magnetic material surrounding the coil in the finished inductive component.
  • the inductive component After the liquid metal has cooled down, the inductive component is essentially finished.
  • the previously customary labour-intensive process steps of embedding a coil in powdered magnetic material and then pressing the powdered magnetic material to form a manageable inductive component with an electrically conductive coil and a magnetic material surrounding the coil are no longer necessary.
  • the method according to the invention can therefore not only provide a significant improvement in the electrical properties of inductive components, the method according to the invention also allows very efficient production of inductive components.
  • a development of the invention provides for the production of a one-piece mold made of magnetic material by means of sintering the mass forming the mold.
  • the mass contains, for example, the magnetic material in powder form, for example ferrite powder, and a plastic-based binder.
  • the mass forms a preform which is then sintered.
  • the binder is expelled and the magnetic material, which is in powder form, sinters together to form a solid body. This is done by forming so-called sinter necks, with which the individual particles of the magnetic material connect.
  • the resulting shape can be filled with liquid metal to form the coil with the filament and the connection points.
  • Shape change processes in particular shrinkage processes, occur during sintering, so that the cavity of the preform is generally only similar to the cavity of the finished mold.
  • the cavity of the mold is filled out before the mold made of the magnetic material has completely cooled.
  • the method according to the invention can be implemented very favorably in terms of energy.
  • the metal must be liquid to fill the cavity in the mold. However, if the mold has not completely cooled after sintering, this facilitates the flow of metal into and through the mold.
  • the production of the preform from two mold halves and a mold core is provided, with the hollow space corresponding or similar to the helix being formed between the mold core and the two mold halves.
  • the mold halves and the mold core are made from ferrite powder mixed with a plastic binder and assembled to form the preform.
  • the preform is sintered, the two mold halves and the mold core then combine to form a one-piece mold, in that sintering necks are also formed between the contact surfaces of the two mold halves and the mold core.
  • the two mold halves and the mold core are sintered together to then form the one-piece mold that can be poured with the liquid metal.
  • the mold halves and the core are glued together before sintering.
  • a binder mixed with particles of the magnetic material is used as the adhesive.
  • the binder has water glass.
  • Bonding the mold halves and core prior to sintering facilitates handling of the preform and ensures reliable formation of an integral shape by sintering. It has been found that water glass mixed with particles of the magnetic material, for example water glass mixed with ferrite powder, is very well suited to producing the one-piece mold from a plurality of mold components during sintering. Amorphous, water-soluble sodium silicates (Na 2 SiO 3 ), potassium silicates (K 2 Si 2 O 5 ) or lithium silicates (Li 2 SiO 3 ) are referred to as water glass.
  • the cavity in the mold is coated with a temperature-resistant and electrically insulating layer, in particular with water glass, before the cavity is filled with liquid metal.
  • Water glass can form an electrically insulating layer between the coil and the magnetic material.
  • Water glass is liquid either as a melt or in solution with water and can therefore be used to line or wet the cavity. After the water glass has solidified or dried, the water glass remains as a layer on the inner surfaces of the mold when the mold is filled with liquid metal, for example copper.
  • the electrical properties of the inductive component can be significantly improved since the water glass layer then forms an electrically insulating layer between the magnetic material, for example ferrite, and the coil, for example a copper coil.
  • the problem on which the invention is based is also solved by an inductive component which is produced using a method according to the invention, the coil being formed in one piece and the connection points being formed in one piece with the filament.
  • Such an inductive component has very good electrical properties, since the ohmic resistance at the connection between the connection points and the filament does not differ from the ohmic resistance of the connection points or the filament. In particular, this avoids the occurrence of electrical power loss at the connection between the connection points and the coil.
  • the magnetic material surrounding the coil is designed in one piece.
  • the magnetic material surrounding the coil can be formed in one piece.
  • FIG. 1 is a perspective view of a preform used in the method of the present invention.
  • Fig. 2 shows the preform of Fig. 1 with an upper mold half removed; 3 shows a lower mold half of the preform of FIG. 1 in a view obliquely from above,
  • FIG. 4 is a perspective view of a mold made from the preform of FIG. 1.
  • FIG. 5 shows the upper mold half of the mold of FIG. 1 in a view obliquely from below
  • FIG. 6 shows a finished inductive component according to the invention in an oblique view from the front
  • Fig. 7 is a sectional view of the inductive component of Fig. 6,
  • Figure 8 shows a coil of the inductive component of Figure 6 with the surrounding magnetic material omitted.
  • Figure 9 is a sectional view of the inductive component of Figure 6, showing the magnetic material surrounding the coil as transparent, and
  • Figure 10 is another sectional view of the inductive component of Figure 6, showing the magnetic material surrounding the coil as transparent.
  • the first step is to produce a preform from a mass that contains particles of the magnetic material.
  • the mass contains the magnetic material in powder form, such as ferrite powder, and a binder, such as a plastic-based binder.
  • the preform 10 shown in FIG. 1 then has a cavity which cannot be seen in FIG. 1 and whose outer contour corresponds to or is similar to an outer contour of the coil.
  • the preform 10 consists of a lower mold half 12, an upper mold half 14 and a mold core 16.
  • the two mold halves 12, 14 and the mold core 16 are explained in detail below.
  • the mold halves 12, 14 and the mandrel 16 are, as stated, made from a mass containing particles of the magnetic material and a binder.
  • the two mold halves 12, 14 are then assembled, with the mold core 16 being inserted in between, in such a way that the preform 10 shown in FIG. 1 is produced.
  • the mold halves 12, 14 and mandrel 16 are then sintered together connected so that they form a one-piece shape after sintering.
  • sinter necks are formed between the particles of the magnetic material, in other words the binder is expelled by applying high temperatures during sintering, and the particles of the magnetic material combine to form a solid body.
  • Shape change processes in particular shrinkage processes, can occur.
  • the cavity in the preform 10 is typically only similar to the outer contour of the finished coil.
  • the cavity in the already sintered one-piece form corresponds to the outer contour of the finished coil.
  • the inductive component is then essentially complete, since the mold consists of the magnetic material that surrounds the coil in the finished state of the inductive component.
  • the mold is poured with the liquid metal after sintering before it has completely cooled. This facilitates the distribution of the liquid metal within the cavity.
  • Copper has a melting point in the range of approximately 1000°C to 1100°C.
  • the preform 10 is sintered at a temperature in the range of 800°C to 900°C.
  • the one-piece mold can be poured out when the mold is still at a temperature of between approximately 500.degree. C. and 600.degree.
  • Figure 2 shows the lower mold half 14 and mandrel 16 with the upper mold half 14 removed. Between the mold core 16 and the lower mold half 12 three grooves 18 can now be seen, which are worked into the lower mold half 12 .
  • the grooves 18 are closed by the outer surface of the circular-cylindrical core 16, so that the mandrel 16 and the grooves 18 thereby form sections of the cavity whose outer contour corresponds to the outer contour of the coil or is similar to it. As a result, sections of the helix are formed in the grooves 18 when the liquid metal is poured out.
  • Fig. 3 shows the lower mold half 12 in a view from above.
  • the lower mold half 12 has a cuboid basic shape with a recess 20 in the form of a semicircular cylinder.
  • the recess 20 is, see Fig. 1 and Fig. 2, matched to the circular-cylindrical mandrel 16, so that the mandrel 16, see Fig. 2, can be received half in the recess 20 and the outer surface of the mandrel 16 tight on the surface of the recess 20 abuts.
  • the two grooves 18 are formed.
  • Two bores 22 can also be seen in the view in FIG. 3 , which extend downwards from the top of the lower mold half 12 to its underside. In the finished form, the bores 22 form a cavity with an outer contour that corresponds to the outer contour of the connection points of the coil. Liquid metal can be filled in through one of the bores 22 or both bores 22 .
  • a projection 24 in the form of a hemisphere can be seen on the upper side of the lower mold half 12 .
  • This projection 24 engages a mating recess in the upper mold half 14, thereby ensuring proper alignment of the lower mold half 12 and the upper mold half 14.
  • Additional projections may be provided to ensure proper alignment of the two mold halves 12, 14 and the core 16 to secure.
  • the mold core 16 also contributes to the correct alignment of the lower mold half 12 and the upper mold half 14, a single projection 24 is sufficient in the illustrated embodiment for the correct alignment of the two mold halves 12, 14.
  • Figure 4 shows the finished mold 11 from below after sintering.
  • dashed separating lines between the two mold halves 12, 14 and the mold core 16 are also drawn in in FIG. After sintering, however, these dividing lines are generally no longer visible; in any case, the mold 11 forms a one-piece component after sintering.
  • the holes 22 can be seen on the underside.
  • the bores 22 in the completed mold 11 serve to fill liquid metal such as liquid copper to thereby form the coil within the mold 11 .
  • the cavity of the mold 11 Before the cavity of the mold 11 is poured with liquid metal, the cavity of the mold 11 can be wetted or lined with liquid water glass. The water glass then solidifies on the surfaces of the cavity and forms an insulating layer between the metal of the coil and the magnetic material of the mold 11 even after the liquid metal has been poured out form the cavity and which then form the mold 11 after the assembly of the two mold halves 12, 14 and the mold core 16 and after sintering, can be coated with water glass before sintering. At the contact surfaces of the mold halves 12, 14 and the mold core 16, this leads to the mold halves 12, 14 and the mold core 16 sticking together before sintering. This simplifies the handling of the so-called green compact before the sintering of the preform 10.
  • the water glass can also only be poured out after the sintering, ie in the cavity of the finished mold 11. On the surfaces of the cavity, the layer of water glass can then, as already discussed, form an electrically insulating layer between the metal and the magnetic material of which the mold 11 is made, after the liquid metal has been poured out.
  • Fig. 5 shows the upper mold half 14 in a view obliquely from below.
  • a recess 26 can be seen in the form of a hemisphere, which is formed to match the hemispherical projection 24 on the lower mold half 12, see Fig. 3.
  • the projection 24 and recess 26 ensure correct alignment of the mold halves 12, 14 to one another.
  • the insertion of the mold core 16 prevents the two mold halves 12 , 14 from rotating about the projection 24 or the recess 26 .
  • the upper mold half 14 also has a recess 20 in the form of half a circular cylinder.
  • a total of three grooves 18, each with a semicircular cross section, can be seen in this recess, which extend over 180°.
  • the grooves 18 then form, together with the surface of the mandrel 16, a cavity with an outer contour which corresponds to or is similar to the outer contour of sections of the filament of the coil.
  • FIG. 6 shows an inductive component 30 according to the invention.
  • the component 30 has the shape 11 which is formed by magnetic material 32.
  • a coil (not visible in FIG. 6) is arranged within the magnetic material 32 in the cavity of the mold 11.
  • FIG. The coil 20 is electrically connected to the underside of the cuboid magnetic material 32 by means of two electrical contact surfaces 34 .
  • the contact surfaces 34 can be produced with liquid metal when the mold 11 is poured out, see FIG.
  • FIG. 7 shows a sectional view of the inductive component 30 of FIG. 6. It can be seen that the magnetic material 32 is formed in one piece. Next, the coil 36 can be seen, the lies within the magnetic material 32 and is cut several times in the representation of FIG.
  • connection points 38 and 38 show the coil 40 of the inductive component 30 according to the invention, with the magnetic material 32 having been omitted and with the coil 40 being formed from the filament 36 and connection points 38 .
  • Terminals 38 and coil 36 are formed during pouring of mold 11, as discussed, and coil 40 is consequently integral.
  • the ohmic resistance per cross-sectional area is therefore the same as in the other areas of the connection points 38 and the coil 36.
  • connection points 38 and the filament 36 and the dividing lines along the course of the filament 36 are merely auxiliary lines in the illustration in FIG. 8 .
  • the coil 40 is made as a one-piece component by casting.
  • the contacts 34 can either be produced when the mold 11 is poured out or they can be applied subsequently and connected to the connection points 38 .
  • the mandrel 16 is circular-cylindrical in the discussed embodiment. This leads to a semicircular cross-sectional shape of the helix 36.
  • the cross-sectional shape of the helix 36 and of the connection points 38 can be freely selected.
  • the surface of the mandrel 16 could be provided with grooves that are semicircular in cross section, in order to also give the helix 36 a circular cross section.
  • the connection points 38 do not necessarily have to be circular-cylindrical.
  • the cross section of the connection points 38 can widen towards the contact surfaces 34 in order to enable an electrical connection between the contacts 34 and the connection points 38 with as little loss as possible.
  • FIG. 9 shows a further sectional view of the inductive component 30 according to the invention.
  • the magnetic material 32 was shown as transparent. Sections of the coil 36 and the connection points 38 as well as the contacts 34 can thus be seen in the view of FIG. 9 .
  • FIG. 10 shows a further sectional view of the inductive component 30.
  • the sectional plane has been shifted towards the viewer compared to FIG. 9 and the magnetic material 32 is shown transparent again.
  • the complete coil is thus in the sectional view of FIG 40, which is embedded in the magnetic material 32, so that only the end faces of the connection points 38 are accessible from the underside of the magnetic material 32, which has a cuboid shape.
  • the contacts 34 are also arranged on this underside.

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Abstract

The invention relates to a method for producing an inductive component with an electrically conductive coil and a magnetic material which at least partly surrounds the coil, said coil having a spiral and at least two connection points which are electrically connected to the spiral. The method has the following steps: producing a preform made of a compound which contains particles of the magnetic material, said compound containing the magnetic material in powder form in particular, for example a ferrite powder, and a binder, wherein the preform has a cavity with an outer contour which corresponds or is similar to the outer contour of the coil; sintering the compound which forms the preform and thereby form a mold made of a magnetic material; and pouring molten metal, in particular copper, into the cavity of the mold made of the magnetic material, and cooling the metal, thus forming the coil with the spiral and the connection points.

Description

Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauteils und induktives Bauteil Method of manufacturing an inductive component and inductive component
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauteils mit einer elektrisch leitfähigen Spule und einem die Spule wenigstens abschnittsweise umgebenden magnetischen Material, wobei die Spule eine Wendel und wenigstens zwei elektrisch mit der Wendel verbundene Anschlussstellen aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein induktives Bauteil, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. The invention relates to a method for producing an inductive component with an electrically conductive coil and a magnetic material surrounding the coil at least in sections, the coil having a filament and at least two connection points electrically connected to the filament. The invention also relates to an inductive component that is produced using the method according to the invention.
Bei der Miniaturisierung induktiver Bauteile ist die elektrische Verlustleistung bei hoher Stromtragfähigkeit wesentlich. Problematisch kann hier die Verbindung der Wendel mit den Anschlussstellen sein, die üblicherweise als Schweiß- oder Lötstelle ausgeführt ist. Die Verbindung der Spule zu den Anschlussstellen hat dadurch einen höheren ohmschen Widerstand, möglicherweise auch einen nicht über den gesamten Querschnitt der Schweißoder Lötstelle gleichen ohmschen Widerstand. Dies kann bei der Miniaturisierung induktiver Bauteile für hohe Stromtragfähigkeit zu Verlustleistungen führen, die nicht mehr im tolerierbaren Bereich liegen. When miniaturizing inductive components, the electrical power loss at high current carrying capacity is essential. The connection of the coil to the connection points, which is usually designed as a welded or soldered point, can be problematic here. The connection of the coil to the connection points therefore has a higher ohmic resistance, possibly also an ohmic resistance that is not the same over the entire cross section of the welding or soldering point. When miniaturizing inductive components for high current carrying capacity, this can lead to power losses that are no longer within the tolerable range.
Mit der Erfindung sollen ein Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauteils und ein induktives Bauteil verbessert werden. The aim of the invention is to improve a method for producing an inductive component and an inductive component.
Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein induktives Bauteil mit den Merkmalen von Anspruch 9 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt. According to the invention, a method with the features of claim 1 and an inductive component with the features of claim 9 are provided for this purpose. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauteils mit einer elektrisch leitfähigen Spule und einem die Spule wenigstens abschnittsweise umgebenden magnetischen Material, wobei die Spule eine Wendel und wenigstens zwei elektrisch mit der Wendel verbundene Anschlussstellen aufweist, sind folgende Schritte vorgesehen: Herstellen einer Vorform aus einer Masse, die Partikel des magnetischen Materials enthält, wobei die Masse insbesondere das magnetische Material in Pulverform, beispielsweise Ferritpulver, und einen Binder enthält, wobei die Vorform einen Hohlraum aufweist, dessen Außenkontur einer Außenkontur der Spule entspricht oder ähnlich ist, Sintern der die Vorform bildenden Masse und dadurch Ausbilden einer Form aus dem magnetischen Material, Ausgießen des Hohlraums der Form aus dem magnetischen Material mit flüssigem Metall, insbesondere Kupfer, und Abkühlen des Metalls und dadurch Ausbilden der Spule mit der Wendel und den Anschlussstellen. Durch Gießen der Spule lassen sich die Wendel und die Anschlussstellen einstückig ausbilden. Dadurch muss zwischen den Anschlussstellen und der Wendel keine Verbindung in einem separaten Arbeitsschritt hergestellt werden. Es kann dadurch sichergestellt werden, dass eine Verbindung zwischen den Anschlussstellen und der Wendel sich in den elektrischen Eigenschaften nicht von den Anschlussstellen bzw. der Wendel unterscheidet. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass eine Verbindung zwischen den Anschlussstellen und der Wendel über den gesamten Querschnitt homogene elektrische Eigenschaften und insbesondere einen homogenen ohmschen Widerstand aufweist. Das Gießen der Spule mit der Wendel und den Anschlussstellen als einstückige Spule bietet daher hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften der Spule erhebliche Vorteile. Darüber hinaus wird die Spule in eine Form gegossen, die durch das magnetische Material gebildet ist, welches die Spule bei dem fertiggestellten induktiven Bauteil umgibt. Nach dem Abkühlen des flüssigen Metalls ist das induktive Bauteil somit im Wesentlichen fertiggestellt. Insbesondere entfallen die bisher üblichen arbeitsintensiven Verfahrensschritte, dass eine Wendel in pulverförmiges magnetisches Material eingebettet wird und das pulverförmige magnetische Material dann gepresst wird, um ein handhabbares induktives Bauteil mit einer elektrisch leitfähigen Spule und einem die Spule umgebenden magnetischen Material auszubilden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit nicht nur eine erhebliche Verbesserung der elektrischen Eigenschaften induktiver Bauteile bereitstellen, darüber hinaus erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren auch eine sehr effiziente Herstellung induktiver Bauteile. In a method for producing an inductive component with an electrically conductive coil and a magnetic material surrounding the coil at least in sections, the coil having a filament and at least two connection points electrically connected to the filament, the following steps are provided: Production of a preform from a mass containing particles of the magnetic material, the mass containing in particular the magnetic material in powder form, for example ferrite powder, and a binder, the preform having a cavity whose outer contour corresponds to or is similar to an outer contour of the coil, sintering the mass forming the preform and thereby forming a mold from the magnetic material, filling the cavity of the mold from the magnetic material with liquid metal, in particular copper, and cooling the metal and thereby forming the coil with the filament and the connection points. The coil and the connection points can be formed in one piece by casting the coil. This means that there is no need to create a connection between the connection points and the coil in a separate work step. It can thereby be ensured that a connection between the connection points and the coil does not differ in the electrical properties from the connection points or the coil. In particular, it can be ensured that a connection between the connection points and the coil has homogeneous electrical properties and in particular a homogeneous ohmic resistance over the entire cross section. Casting the coil with the filament and the connection points as a one-piece coil therefore offers considerable advantages with regard to the electrical properties of the coil. In addition, the coil is cast in a mold formed by the magnetic material surrounding the coil in the finished inductive component. After the liquid metal has cooled down, the inductive component is essentially finished. In particular, the previously customary labour-intensive process steps of embedding a coil in powdered magnetic material and then pressing the powdered magnetic material to form a manageable inductive component with an electrically conductive coil and a magnetic material surrounding the coil are no longer necessary. The method according to the invention can therefore not only provide a significant improvement in the electrical properties of inductive components, the method according to the invention also allows very efficient production of inductive components.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Herstellen einer einstückigen Form aus magnetischem Material mittels Sintern der die Form bildenden Masse vorgesehen. A development of the invention provides for the production of a one-piece mold made of magnetic material by means of sintering the mass forming the mold.
Die Masse enthält beispielsweise das magnetische Material in Pulverform, beispielsweise Ferritpulver, und einen Binder auf Kunststoffbasis. Die Masse bildet eine Vorform, die dann gesintert wird. Beim Sintern wird der Binder ausgetrieben und das in Pulverform vorliegende magnetische Material sintert zu einem Festkörper zusammen. Dies erfolgt durch das Ausbilden von sogenannten Sinterhälsen, mit denen sich die einzelnen Partikel des magnetischen Materials verbinden. Nachdem das magnetische Material einen Festkörper bildet, kann die dadurch entstandene Form mit flüssigem Metall ausgegossen werden, um die Spule mit der Wendel und den Anschlussstellen auszubilden. Beim Sintern treten Formveränderungsprozesse, insbesondere Schrumpfprozesse auf, so dass der Hohlraum der Vorform in der Regel dem Hohlraum der fertiggestellten Form nur ähnlich ist. The mass contains, for example, the magnetic material in powder form, for example ferrite powder, and a plastic-based binder. The mass forms a preform which is then sintered. During sintering, the binder is expelled and the magnetic material, which is in powder form, sinters together to form a solid body. This is done by forming so-called sinter necks, with which the individual particles of the magnetic material connect. After the magnetic material forms a solid, the resulting shape can be filled with liquid metal to form the coil with the filament and the connection points. Shape change processes, in particular shrinkage processes, occur during sintering, so that the cavity of the preform is generally only similar to the cavity of the finished mold.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Ausgießen des Hohlraums der Form vor dem vollständigen Abkühlen der Form aus dem magnetischen Material. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren in energetischer Hinsicht sehr günstig ausgebildet werden. Das Metall muss flüssig sein, um den Hohlraum in der Form ausfüllen zu können. Wenn die Form aber nach dem Sintern noch nicht vollständig abgekühlt ist, erleichtert dies das Fließen des Metalls in und durch die Form. In a further development of the invention, the cavity of the mold is filled out before the mold made of the magnetic material has completely cooled. In this way, the method according to the invention can be implemented very favorably in terms of energy. The metal must be liquid to fill the cavity in the mold. However, if the mold has not completely cooled after sintering, this facilitates the flow of metal into and through the mold.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Herstellen der Vorform aus zwei Formhälften und einem Formkern vorgesehen, wobei zwischen dem Formkern und den beiden Formhälften der der Wendel entsprechende oder ähnliche Hohlraum gebildet ist. In a development of the invention, the production of the preform from two mold halves and a mold core is provided, with the hollow space corresponding or similar to the helix being formed between the mold core and the two mold halves.
Beispielsweise werden die Formhälften und der Formkern aus Ferritpulver vermischt mit einem Kunststoffbinder hergestellt und zu der Vorform zusammengesetzt. Beim Sintern der Vorform verbinden sich dann die zwei Formhälften und der Formkern zu einer einstückigen Form, indem auch zwischen den Kontaktflächen der beiden Formhälften und des Formkerns Sinterhälse ausgebildet werden. Mit anderen Worten werden die zwei Formhälften und der Formkern zusammengesintert, um dann die einstückige Form zu bilden, die mit dem flüssigen Metall ausgegossen werden kann. For example, the mold halves and the mold core are made from ferrite powder mixed with a plastic binder and assembled to form the preform. When the preform is sintered, the two mold halves and the mold core then combine to form a one-piece mold, in that sintering necks are also formed between the contact surfaces of the two mold halves and the mold core. In other words, the two mold halves and the mold core are sintered together to then form the one-piece mold that can be poured with the liquid metal.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Verkleben der Formhälften und des Kerns vor dem Sintern vorgesehen. In a further development of the invention, the mold halves and the core are glued together before sintering.
In Weiterbildung der Erfindung wird als Kleber ein Binder vermischt mit Partikeln des magnetischen Materials verwendet. In a further development of the invention, a binder mixed with particles of the magnetic material is used as the adhesive.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Binder Wasserglas auf. In a development of the invention, the binder has water glass.
Das Verkleben der Formhälften und des Kerns vor dem Sintern erleichtert die Handhabung der Vorform und sorgt für eine zuverlässige Ausbildung einer einstückigen Form durch das Sintern. Es hat sich dabei herausgestellt, dass Wasserglas vermischt mit Partikeln des magnetischen Materials, beispielsweise Wasserglas vermischt mit Ferritpulver, sehr gut geeignet ist, um beim Sintern die einstückige Form aus mehreren Formbestandteilen herzustellen. Als Wasserglas werden amorphe, wasserlösliche Natriumsilikate (Na2SiO3), Kaliumsilikate (K2Si2O5) oder Lithiumsilikate (Li2SiO3) bezeichnet. Bonding the mold halves and core prior to sintering facilitates handling of the preform and ensures reliable formation of an integral shape by sintering. It has been found that water glass mixed with particles of the magnetic material, for example water glass mixed with ferrite powder, is very well suited to producing the one-piece mold from a plurality of mold components during sintering. Amorphous, water-soluble sodium silicates (Na 2 SiO 3 ), potassium silicates (K 2 Si 2 O 5 ) or lithium silicates (Li 2 SiO 3 ) are referred to as water glass.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Beschichten des Hohlraums in der Form mit einer temperaturbeständigen und elektrisch isolierenden Schicht, insbesondere mit Wasserglas, vor dem Ausgießen des Hohlraums mit flüssigem Metall vorgesehen. Wasserglas kann eine elektrisch isolierende Schicht zwischen der Spule und dem magnetischen Material bilden. Wasserglas ist entweder als Schmelze oder in Lösung mit Wasser flüssig und kann daher dazu verwendet werden, den Hohlraum auszukleiden oder zu benetzen. Das Wasserglas bleibt nach dem Erstarren oder Trocknen des Wasserglases auf den Innenflächen der Form als Schicht erhalten, wenn die Form mit flüssigem Metall, beispielsweise Kupfer, ausgegossen wird. Dadurch können die elektrischen Eigenschaften des induktiven Bauteils deutlich verbessert werden, da dann die Wasserglasschicht eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem magnetischen Material, beispielsweise Ferrit, und der Spule, beispielsweise einer Kupferspule, bildet. In a further development of the invention, the cavity in the mold is coated with a temperature-resistant and electrically insulating layer, in particular with water glass, before the cavity is filled with liquid metal. Water glass can form an electrically insulating layer between the coil and the magnetic material. Water glass is liquid either as a melt or in solution with water and can therefore be used to line or wet the cavity. After the water glass has solidified or dried, the water glass remains as a layer on the inner surfaces of the mold when the mold is filled with liquid metal, for example copper. As a result, the electrical properties of the inductive component can be significantly improved since the water glass layer then forms an electrically insulating layer between the magnetic material, for example ferrite, and the coil, for example a copper coil.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch durch ein induktives Bauteil gelöst, das mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, wobei die Spule einstückig ausgebildet ist und die Anschlussstellen einstückig mit der Wendel ausgebildet sind. The problem on which the invention is based is also solved by an inductive component which is produced using a method according to the invention, the coil being formed in one piece and the connection points being formed in one piece with the filament.
Ein solches induktives Bauteil weist sehr gute elektrische Eigenschaften auf, da sich der ohmsche Widerstand an der Verbindung zwischen den Anschlussstellen und der Wendel nicht vom ohmschen Widerstand der Anschlussstellen bzw. der Wendel unterscheidet. Insbesondere wird dadurch das Auftreten von elektrischer Verlustleistung an der Verbindung zwischen den Anschlussstellen und der Wendel vermieden. Such an inductive component has very good electrical properties, since the ohmic resistance at the connection between the connection points and the filament does not differ from the ohmic resistance of the connection points or the filament. In particular, this avoids the occurrence of electrical power loss at the connection between the connection points and the coil.
In Weiterbildung der Erfindung ist das die Spule umgebende magnetische Material einstückig ausgebildet. In a development of the invention, the magnetic material surrounding the coil is designed in one piece.
Dadurch werden verbesserte elektrische Eigenschaften erreicht, da durch einstückige Ausbildung des die Spule umgebenden magnetischen Materials keine Luftspalte vorliegen und dadurch Verluste vermieden werden. Durch Sintern der Formhälften und des Formkerns zu einem einstückigen Bauteil kann das die Spule umgebende magnetische Material einstückig ausgebildet werden. As a result, improved electrical properties are achieved, since there are no air gaps due to the one-piece design of the magnetic material surrounding the coil, and losses are avoided as a result. By sintering the mold halves and the mold core into a one-piece component, the magnetic material surrounding the coil can be formed in one piece.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen: Further features and advantages of the invention result from the claims and the following description of a preferred embodiment of the invention. In the drawings show:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorform, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, 1 is a perspective view of a preform used in the method of the present invention.
Fig. 2 die Vorform der Fig. 1, wobei eine obere Formhälfte abgenommen wurde, Fig. 3 eine untere Formhälfte der Vorform der Fig. 1 in einer Ansicht von schräg oben, Fig. 2 shows the preform of Fig. 1 with an upper mold half removed; 3 shows a lower mold half of the preform of FIG. 1 in a view obliquely from above,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Form, die aus der Vorform der Fig. 1 durchFIG. 4 is a perspective view of a mold made from the preform of FIG. 1. FIG
Sintern entsteht, in einer Ansicht von unten, Sintering occurs, in a view from below,
Fig. 5 die obere Formhälfte der Form der Fig. 1 in einer Ansicht von schräg unten, 5 shows the upper mold half of the mold of FIG. 1 in a view obliquely from below,
Fig. 6 ein fertiggestelltes erfindungsgemäßes induktives Bauteil in einer Ansicht von schräg vorne, 6 shows a finished inductive component according to the invention in an oblique view from the front,
Fig. 7 eine Schnittansicht des induktiven Bauteils der Fig. 6, Fig. 7 is a sectional view of the inductive component of Fig. 6,
Fig. 8 eine Spule des induktiven Bauteils der Fig. 6, wobei das umgebende magnetische Material weggelassen wurde, Figure 8 shows a coil of the inductive component of Figure 6 with the surrounding magnetic material omitted.
Fig. 9 eine Schnittansicht des induktiven Bauteils der Fig. 6, wobei das die Spule umgebende magnetische Material transparent dargestellt wurde, und Figure 9 is a sectional view of the inductive component of Figure 6, showing the magnetic material surrounding the coil as transparent, and
Fig. 10 eine weitere Schnittansicht des induktiven Bauteils der Fig. 6, wobei das die Spule umgebende magnetische Material transparent dargestellt wurde. Figure 10 is another sectional view of the inductive component of Figure 6, showing the magnetic material surrounding the coil as transparent.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines induktiven Bauteils mit einer elektrisch leitfähigen Spule und einem die Spule wenigstens abschnittsweise umgebenden magnetischen Material ist zunächst das Herstellen einer Vorform aus einer Masse vorgesehen, die Partikel des magnetischen Materials enthält. Beispielsweise enthält die Masse das magnetische Material in Pulverform, beispielsweise Ferritpulver, und einen Binder, beispielsweise einen Binder auf Kunststoffbasis. Die in Fig. 1 dargestellte Vorform 10 weist dann einen Hohlraum auf, der in Fig. 1 nicht erkennbar ist und dessen Außenkontur einer Außenkontur der Spule entspricht oder ähnlich ist. In a method according to the invention for producing an inductive component with an electrically conductive coil and a magnetic material surrounding the coil at least in sections, the first step is to produce a preform from a mass that contains particles of the magnetic material. For example, the mass contains the magnetic material in powder form, such as ferrite powder, and a binder, such as a plastic-based binder. The preform 10 shown in FIG. 1 then has a cavity which cannot be seen in FIG. 1 and whose outer contour corresponds to or is similar to an outer contour of the coil.
Die Vorform 10 besteht gemäß Fig. 1 aus einer unteren Formhälfte 12, einer oberen Formhälfte 14 und einem Formkern 16. Die beiden Formhälften 12, 14 und der Formkern 16 werden nachstehend noch im Einzelnen erläutert. Die Formhälften 12, 14 und der Formkern 16 werden, wie ausgeführt wurde, aus einer Masse hergestellt, die Partikel des magnetischen Materials und einen Binder enthält. Die beiden Formhälften 12, 14 werden unter Zwischenfügen des Formkerns 16 dann so zusammengesetzt, dass die in Fig. 1 dargestellte Vorform 10 entsteht. Die Formhälften 12, 14 und der Formkern 16 werden dann durch Sintern miteinander verbunden, so dass sie nach dem Sintern eine einstückige Form bilden. Beim Sintern bilden sich zwischen den Partikeln des magnetischen Materials sogenannte Sinterhälse aus, mit anderen Worten wird der Binder ausgetrieben, indem beim Sintern hohe Temperaturen angewendet werden, und die Partikel des magnetischen Materials verbinden sich zu einem Festkörper Dabei können Formänderungsprozesse, insbesondere Schrumpfprozesse, auftreten. Aus diesem Grund ist der Hohlraum in der Vorform 10 der Außenkontur der fertiggestellten Spule in der Regel nur ähnlich. Der Hohlraum in der bereits gesinterten einstückigen Form entspricht hingegen der Außenkontur der fertiggestellten Spule. According to FIG. 1, the preform 10 consists of a lower mold half 12, an upper mold half 14 and a mold core 16. The two mold halves 12, 14 and the mold core 16 are explained in detail below. The mold halves 12, 14 and the mandrel 16 are, as stated, made from a mass containing particles of the magnetic material and a binder. The two mold halves 12, 14 are then assembled, with the mold core 16 being inserted in between, in such a way that the preform 10 shown in FIG. 1 is produced. The mold halves 12, 14 and mandrel 16 are then sintered together connected so that they form a one-piece shape after sintering. During sintering, so-called sinter necks are formed between the particles of the magnetic material, in other words the binder is expelled by applying high temperatures during sintering, and the particles of the magnetic material combine to form a solid body. Shape change processes, in particular shrinkage processes, can occur. For this reason, the cavity in the preform 10 is typically only similar to the outer contour of the finished coil. The cavity in the already sintered one-piece form, on the other hand, corresponds to the outer contour of the finished coil.
Nach dem Sintern liegt somit eine einstückige Form vor, innerhalb derer ein Hohlraum gebildet ist, dessen Außenkontur der Außenkontur der Spule, also der Anschlussstellen und der Wendel entspricht. Dieser Hohlraum wird dann mit flüssigem Metall, beispielsweise flüssigem Kupfer, ausgegossen. Dadurch entsteht eine einstückige Spule und speziell sind die Anschlussstellen und die Wendel der Spule einstückig ausgebildet, so dass an der Verbindung zwischen den Anschlussstellen und der Spule keine größeren elektrischen Verlustleistungen auftreten können als im übrigen Volumen der Anschlussstellen und der Wendel. After the sintering, there is thus a one-piece mold, within which a cavity is formed, the outer contour of which corresponds to the outer contour of the coil, ie the connection points and the filament. This cavity is then filled with liquid metal, such as liquid copper. This creates a one-piece coil and specifically the connection points and the filament of the coil are designed in one piece, so that no greater electrical power losses can occur at the connection between the connection points and the coil than in the rest of the volume of the connection points and the filament.
Nach dem Abkühlen des flüssigen Metalls ist das induktive Bauteil dann im Wesentlichen fertiggestellt, da die Form aus dem magnetischen Material besteht, das im fertiggestellten Zustand des induktiven Bauteils die Spule umgibt. After the liquid metal has cooled, the inductive component is then essentially complete, since the mold consists of the magnetic material that surrounds the coil in the finished state of the inductive component.
Um in energetischer Hinsicht Vorteile zu erzielen, wird die Form nach dem Sintern noch vor dem vollständigen Abkühlen mit dem flüssigen Metall ausgegossen. Dies erleichtert das Verteilen des flüssigen Metalls innerhalb des Hohlraums. Kupfer hat einen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 1.000 °C bis 1100 °C. Beispielsweise wird die Vorform 10 bei einer Temperatur im Bereich von 800 °C bis 900 °C gesintert. Das Ausgießen der einstückigen Form kann dann erfolgen, wenn die Form noch eine Temperatur zwischen etwa 500 °C und 600 °C aufweist. In order to achieve advantages in terms of energy, the mold is poured with the liquid metal after sintering before it has completely cooled. This facilitates the distribution of the liquid metal within the cavity. Copper has a melting point in the range of approximately 1000°C to 1100°C. For example, the preform 10 is sintered at a temperature in the range of 800°C to 900°C. The one-piece mold can be poured out when the mold is still at a temperature of between approximately 500.degree. C. and 600.degree.
Fig. 2 zeigt die untere Formhälfte 14 und den Formkern 16, wobei die obere Formhälfte 14 abgenommen wurde. Zwischen dem Formkern 16 und der unteren Formhälfte 12 sind nun drei Nuten 18 zu erkennen, die in die untere Formhälfte 12 eingearbeitet sind. Die Nuten 18 werden durch die Außenfläche des kreiszylindrischen Kerns 16 verschlossen, so dass der Formkern 16 und die Nuten 18 dadurch Abschnitte des Hohlraums bilden, dessen Außenkontur der Außenkontur der Wendel entspricht oder dieser ähnlich ist. Beim Ausgießen mit flüssigem Metall bilden sich dadurch in den Nuten 18 Abschnitte der Wendel aus. Fig. 3 zeigt die untere Formhälfte 12 in einer Ansicht von oben. Zu erkennen ist, dass die untere Formhälfte 12 eine quaderförmige Grundform mit einer Ausnehmung 20 in Form eines Halbkreiszylinders aufweist. Die Ausnehmung 20 ist, siehe Fig. 1 und Fig. 2, auf den kreiszylindrischen Formkern 16 abgestimmt, so dass also der Formkern 16, siehe Fig. 2, zur Hälfte in der Ausnehmung 20 aufgenommen werden kann und dabei die Außenfläche des Formkerns 16 dicht an der Fläche der Ausnehmung 20 anliegt. In der Ausnehmung 20 sind die beiden Nuten 18 ausgebildet. Weiter sind in der Ansicht der Fig. 3 zwei Bohrungen 22 zu erkennen, die sich ausgehend von der Oberseite der unteren Formhälfte 12 nach unten zu deren Unterseite erstrecken. Die Bohrungen 22 bilden in der fertiggestellten Form einen Hohlraum mit einer Außenkontur aus, die der Außenkontur der Anschlussstellen der Spule entspricht. Durch eine der Bohrungen 22 oder beide Bohrungen 22 kann flüssiges Metall eingefüllt werden. Figure 2 shows the lower mold half 14 and mandrel 16 with the upper mold half 14 removed. Between the mold core 16 and the lower mold half 12 three grooves 18 can now be seen, which are worked into the lower mold half 12 . The grooves 18 are closed by the outer surface of the circular-cylindrical core 16, so that the mandrel 16 and the grooves 18 thereby form sections of the cavity whose outer contour corresponds to the outer contour of the coil or is similar to it. As a result, sections of the helix are formed in the grooves 18 when the liquid metal is poured out. Fig. 3 shows the lower mold half 12 in a view from above. It can be seen that the lower mold half 12 has a cuboid basic shape with a recess 20 in the form of a semicircular cylinder. The recess 20 is, see Fig. 1 and Fig. 2, matched to the circular-cylindrical mandrel 16, so that the mandrel 16, see Fig. 2, can be received half in the recess 20 and the outer surface of the mandrel 16 tight on the surface of the recess 20 abuts. In the recess 20, the two grooves 18 are formed. Two bores 22 can also be seen in the view in FIG. 3 , which extend downwards from the top of the lower mold half 12 to its underside. In the finished form, the bores 22 form a cavity with an outer contour that corresponds to the outer contour of the connection points of the coil. Liquid metal can be filled in through one of the bores 22 or both bores 22 .
An der Oberseite der unteren Formhälfte 12 ist ein Vorsprung 24 in Form einer Kugelhälfte zu erkennen. Dieser Vorsprung 24 greift in eine passende Ausnehmung der oberen Formhälfte 14 ein und sichert dadurch die korrekte Ausrichtung der unteren Formhälfte 12 und der oberen Formhälfte 14. Es können weitere Vorsprünge vorgesehen sein, um die korrekte Ausrichtung der beiden Formhälften 12, 14 und des Kerns 16 zu sichern. Da der Formkern 16 aber ebenfalls zu einer korrekten Ausrichtung der unteren Formhälfte 12 und der oberen Formhälfte 14 beiträgt, genügt bei der dargestellten Ausführungsform ein einziger Vorsprung 24 zur korrekten Ausrichtung der beiden Formhälften 12, 14. A projection 24 in the form of a hemisphere can be seen on the upper side of the lower mold half 12 . This projection 24 engages a mating recess in the upper mold half 14, thereby ensuring proper alignment of the lower mold half 12 and the upper mold half 14. Additional projections may be provided to ensure proper alignment of the two mold halves 12, 14 and the core 16 to secure. However, since the mold core 16 also contributes to the correct alignment of the lower mold half 12 and the upper mold half 14, a single projection 24 is sufficient in the illustrated embodiment for the correct alignment of the two mold halves 12, 14.
Fig. 4 zeigt die fertiggestellte Form 11 von der Unterseite her nach dem Sintern. In Fig. 4 sind der Übersichtlichkeit halber noch gestrichelte Trennlinien zwischen den beiden Formhälften 12, 14 und dem Formkern 16 eingezeichnet. Nach dem Sintern sind diese Trennlinien aber in der Regel nicht mehr zu erkennen, in jedem Fall bildet die Form 11 nach dem Sintern ein einstückiges Bauteil. Figure 4 shows the finished mold 11 from below after sintering. For the sake of clarity, dashed separating lines between the two mold halves 12, 14 and the mold core 16 are also drawn in in FIG. After sintering, however, these dividing lines are generally no longer visible; in any case, the mold 11 forms a one-piece component after sintering.
An der Unterseite sind die Bohrungen 22 zu erkennen. Die Bohrungen 22 in der fertiggestellten Form 11 dienen dazu, flüssiges Metall, beispielsweise flüssiges Kupfer, einzufüllen, um dadurch die Spule innerhalb der Form 11 auszubilden. The holes 22 can be seen on the underside. The bores 22 in the completed mold 11 serve to fill liquid metal such as liquid copper to thereby form the coil within the mold 11 .
Vor dem Ausgießen des Hohlraums der Form 11 mit flüssigem Metall kann der Hohlraum der Form 11 mit flüssigem Wasserglas benetzt oder ausgekleidet werden. Das Wasserglas verfestigt dann an den Oberflächen des Hohlraums und bildet auch nach dem Ausgießen mit flüssigem Metall eine Isolierschicht zwischen dem Metall der Spule und dem magnetischen Material der Form 11. Die Oberflächen der beiden Formhälften 12, 14 und des Kerns 16, die den Hohlraum bilden und die nach dem Zusammensetzen der beiden Formhälften 12, 14 und des Formkerns 16 und nach dem Sintern dann die Form 11 bilden, können vor dem Sintern mit Wasserglas beschichtet werden. An den Kontaktflächen der Formhälften 12, 14 und des Formkerns 16 führt dies zu einem Verkleben der Formhälften 12, 14 und des Formkerns 16 vor dem Sintern. Dies erleichtert die Handhabung des sogenannten Grünlings vor dem Sintern der Vorform 10. Das Ausgießen mit Wasserglas kann auch erst nach dem Sintern, also im Hohlraum der fertiggestellten Form 11 , erfolgen. An den Oberflächen des Hohlraums kann die Schicht aus Wasserglas dann, wie bereits erörtert wurde, nach dem Ausgießen mit flüssigem Metall eine elektrische Isolierschicht zwischen dem Metall und dem magnetischen Material, aus dem die Form 11 besteht, bilden. Before the cavity of the mold 11 is poured with liquid metal, the cavity of the mold 11 can be wetted or lined with liquid water glass. The water glass then solidifies on the surfaces of the cavity and forms an insulating layer between the metal of the coil and the magnetic material of the mold 11 even after the liquid metal has been poured out form the cavity and which then form the mold 11 after the assembly of the two mold halves 12, 14 and the mold core 16 and after sintering, can be coated with water glass before sintering. At the contact surfaces of the mold halves 12, 14 and the mold core 16, this leads to the mold halves 12, 14 and the mold core 16 sticking together before sintering. This simplifies the handling of the so-called green compact before the sintering of the preform 10. The water glass can also only be poured out after the sintering, ie in the cavity of the finished mold 11. On the surfaces of the cavity, the layer of water glass can then, as already discussed, form an electrically insulating layer between the metal and the magnetic material of which the mold 11 is made, after the liquid metal has been poured out.
Fig. 5 zeigt die obere Formhälfte 14 in einer Ansicht von schräg unten. Zu erkennen ist eine Ausnehmung 26 in Form einer Halbkugel, die passend zu dem halbkugelförmigen Vorsprung 24 an der unteren Formhälfte 12 ausgebildet ist, siehe Fig. 3. Beim Aufeinandersetzen der Formhälften 12, 14 sorgen der Vorsprung 24 und die Ausnehmung 26 für eine korrekte Ausrichtung der Formhälften 12, 14 zueinander. Ein Verdrehen der beiden Formhälften 12, 14 um den Vorsprung 24 bzw. die Ausnehmung 26 wird durch das Einlegen des Formkerns 16 verhindert. Fig. 5 shows the upper mold half 14 in a view obliquely from below. A recess 26 can be seen in the form of a hemisphere, which is formed to match the hemispherical projection 24 on the lower mold half 12, see Fig. 3. When the mold halves 12, 14 are placed on top of one another, the projection 24 and recess 26 ensure correct alignment of the mold halves 12, 14 to one another. The insertion of the mold core 16 prevents the two mold halves 12 , 14 from rotating about the projection 24 or the recess 26 .
Die obere Formhälfte 14 weist ebenfalls eine Ausnehmung 20 in Form eines halben Kreiszylinders auf. In dieser Ausnehmung sind insgesamt drei Nuten 18 mit jeweils halbkreisförmigem Querschnitt zu erkennen, die sich über 180° erstrecken. Die Nuten 18 bilden dann zusammen mit der Oberfläche des Formkerns 16 einen Hohlraum mit einer Außenkontur, die der Außenkontur von Abschnitten der Wendel der Spule entspricht oder ähnlich ist. The upper mold half 14 also has a recess 20 in the form of half a circular cylinder. A total of three grooves 18, each with a semicircular cross section, can be seen in this recess, which extend over 180°. The grooves 18 then form, together with the surface of the mandrel 16, a cavity with an outer contour which corresponds to or is similar to the outer contour of sections of the filament of the coil.
Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes induktives Bauteil 30. Das Bauteil 30 weist die Form 11 auf, die durch magnetisches Material 32 gebildet ist. Innerhalb des magnetischen Materials 32 ist im Hohlraum der Form 11 eine in Fig. 6 nicht erkennbare Spule angeordnet. Die Spule 20 ist an der Unterseite des quaderförmigen magnetischen Materials 32 mittels zweier elektrischer Kontaktflächen 34 elektrisch verbunden. Die Kontaktflächen 34 können im Rahmen der Erfindung beim Ausgießen der Form 11, siehe Fig. 4, mit flüssigem Metall hergestellt werden, sie können aber auch nachträglich auf eine Unterseite des magnetischen Materials 32 aufgebracht werden. 6 shows an inductive component 30 according to the invention. The component 30 has the shape 11 which is formed by magnetic material 32. A coil (not visible in FIG. 6) is arranged within the magnetic material 32 in the cavity of the mold 11. FIG. The coil 20 is electrically connected to the underside of the cuboid magnetic material 32 by means of two electrical contact surfaces 34 . Within the scope of the invention, the contact surfaces 34 can be produced with liquid metal when the mold 11 is poured out, see FIG.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht des induktiven Bauteils 30 der Fig. 6. Zu erkennen ist, dass das magnetische Material 32 einstückig ausgebildet ist. Weiter ist die Wendel 36 zu erkennen, die innerhalb des magnetischen Materials 32 liegt und in der Darstellung der Fig. 7 mehrfach angeschnitten ist. FIG. 7 shows a sectional view of the inductive component 30 of FIG. 6. It can be seen that the magnetic material 32 is formed in one piece. Next, the coil 36 can be seen, the lies within the magnetic material 32 and is cut several times in the representation of FIG.
Fig. 8 zeigt die Spule 40 des erfindungsgemäßen induktiven Bauteils 30, wobei das magnetische Material 32 weggelassen wurde und wobei die Spule 40 aus der Wendel 36 und Anschlussstellen 38 gebildet ist. Die Anschlussstellen 38 und die Wendel 36 werden, wie erörtert wurde, beim Ausgießen der Form 11 gebildet und die Spule 40 ist infolgedessen einstückig ausgeführt. Im Bereich einer Verbindung zwischen den Anschlussstellen 38 und der Wendel 36 ist der ohmsche Widerstand pro Querschnittsfläche somit gleich wie in den übrigen Bereichen der Anschlussstellen 38 und der Wendel 36. 8 shows the coil 40 of the inductive component 30 according to the invention, with the magnetic material 32 having been omitted and with the coil 40 being formed from the filament 36 and connection points 38 . Terminals 38 and coil 36 are formed during pouring of mold 11, as discussed, and coil 40 is consequently integral. In the area of a connection between the connection points 38 and the coil 36, the ohmic resistance per cross-sectional area is therefore the same as in the other areas of the connection points 38 and the coil 36.
Die Trennlinien zwischen den Anschlussstellen 38 und der Wendel 36 sowie die Trennlinien im Verlauf der Wendel 36 sind in der Darstellung der Fig. 8 lediglich Hilfslinien. Wie ausgeführt wurde, ist die Spule 40 als einstückiges Bauteil durch Gießen hergestellt. The dividing lines between the connection points 38 and the filament 36 and the dividing lines along the course of the filament 36 are merely auxiliary lines in the illustration in FIG. 8 . As stated, the coil 40 is made as a one-piece component by casting.
Die Kontakte 34 können, wie ausgeführt wurde, entweder beim Ausgießen der Form 11 mit hergestellt werden oder sie können nachträglich aufgebracht und mit den Anschlussstellen 38 verbunden werden. As has been explained, the contacts 34 can either be produced when the mold 11 is poured out or they can be applied subsequently and connected to the connection points 38 .
Der Formkern 16 ist, siehe Fig. 2, bei der erörterten Ausführungsform kreiszylindrisch ausgebildet. Dies führt zu einer halbkreisförmigen Querschnittsform der Wendel 36. Im Rahmen der Erfindung kann die Querschnittsform der Wendel 36 sowie der Anschlussstellen 38 frei gewählt werden. Beispielsweise könnte die Oberfläche des Formkerns 16 mit im Querschnitt halbkreisförmigen Nuten versehen werden, um auch der Wendel 36 einen kreisförmigen Querschnitt zu geben. Die Anschlussstellen 38 müssen nicht notwendigerweise kreiszylindrisch ausgeführt werden. Beispielsweise kann sich der Querschnitt der Anschlussstellen 38 zu den Kontaktflächen 34 hin erweitern, um eine möglichst verlustarme elektrische Verbindung zwischen den Kontakten 34 und den Anschlussstellen 38 zu ermöglichen. The mandrel 16, see FIG. 2, is circular-cylindrical in the discussed embodiment. This leads to a semicircular cross-sectional shape of the helix 36. Within the scope of the invention, the cross-sectional shape of the helix 36 and of the connection points 38 can be freely selected. For example, the surface of the mandrel 16 could be provided with grooves that are semicircular in cross section, in order to also give the helix 36 a circular cross section. The connection points 38 do not necessarily have to be circular-cylindrical. For example, the cross section of the connection points 38 can widen towards the contact surfaces 34 in order to enable an electrical connection between the contacts 34 and the connection points 38 with as little loss as possible.
Fig. 9 zeigt eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen induktiven Bauteils 30. In der Ansicht der Fig. 9 wurde das magnetische Material 32 transparent dargestellt. In der Ansicht der Fig. 9 sind somit Abschnitte der Wendel 36 und der Anschlussstellen 38 sowie der Kontakte 34 zu erkennen. FIG. 9 shows a further sectional view of the inductive component 30 according to the invention. In the view of FIG. 9, the magnetic material 32 was shown as transparent. Sections of the coil 36 and the connection points 38 as well as the contacts 34 can thus be seen in the view of FIG. 9 .
Fig. 10 zeigt eine weitere Schnittansicht des induktiven Bauteils 30. Die Schnittebene wurde gegenüber der Fig. 9 zum Betrachter hin verschoben und das magnetische Material 32 ist wieder transparent dargestellt. In der Schnittansicht der Fig. 10 ist somit die vollständige Spule 40 zu erkennen, die in das magnetische Material 32 eingebettet ist, so dass lediglich noch die Stirnseiten der Anschlussstellen 38 von der Unterseite des eine Quaderform aufweisenden magnetischen Materials 32 her zugänglich sind. An dieser Unterseite sind auch die Kontakte 34 angeordnet. FIG. 10 shows a further sectional view of the inductive component 30. The sectional plane has been shifted towards the viewer compared to FIG. 9 and the magnetic material 32 is shown transparent again. The complete coil is thus in the sectional view of FIG 40, which is embedded in the magnetic material 32, so that only the end faces of the connection points 38 are accessible from the underside of the magnetic material 32, which has a cuboid shape. The contacts 34 are also arranged on this underside.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Hersteilen eines induktiven Bauteils (30) mit einer elektrisch leitfähigen Spule (40) und einem die Spule (40) wenigstens abschnittsweise umgebenden magnetischen Material (32), wobei die Spule (40) eine Wendel (36) und wenigstens zwei elektrisch mit der Wendel (36) verbundene Anschlussstellen (38) aufweist, mit den Schritten: Herstellen einer Vorform (10) aus einer Masse, die Partikel des magnetischen Materials (32) enthält, wobei die Masse insbesondere das magnetische Material (32) in Pulverform, beispielsweise Ferritpulver, und einen Binder enthält, wobei die Vorform (10) einen Hohlraum aufweist, dessen Außenkontur einer Außenkontur der Spule (40) entspricht oder ähnlich ist, Sintern der die Vorform (10) bildenden Masse und dadurch Ausbilden einer Form (11) aus magnetischem Material (32), Ausgießen des Hohlraums der Form (11) aus dem magnetischen Material (32) mit flüssigem Metall, insbesondere Kupfer, und Abkühlen des Metalls und dadurch Ausbilden der Spule (40) mit der Wendel (36) und den Anschlussstellen. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einstückiges Herstellen der Form (11) aus magnetischem Material (32) mittels Sintern der die Vorform (10) bildenden Masse. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet Ausgießen des Hohlraums vor dem vollständigen Abkühlen der Form (11) aus dem magnetischen Material (32). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Herstellen der Vorform (10) aus zwei Formhälften (12, 14) und einem Formkern (16), wobei zwischen den beiden Formhälften (12, 14) und dem Formkern (16) der der Wendel (36) entsprechende oder ähnliche Hohlraum gebildet ist. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Verkleben der Formhälften (12, 14) und des Formkerns (16) vor dem Sintern. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Kleber einen Binder vermischt mit Partikeln des magnetischen Materials (32) aufweist. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Binder Wasserglas aufweist. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Beschichten des Hohlraums in der Vorform (10) oder der Form (11) mit einer temperaturbeständigen und elektrisch isolierenden Schicht, insbesondere mit Wasserglas, vor dem Ausgießen des Hohlraums mit flüssigem Metall. Induktives Bauteil (30), hergestellt mit einem Verfahren nach wenigsten einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Spule (40) einstückig ausgebildet ist, so dass die Anschlussstellen (38) einstückig mit der Wendel (36) ausgebildet sind. Induktives Bauteil nach Anspruch 9, wobei das die Spule (40) umgebende magnetische Material (32) einstückig ausgebildet ist. Method for producing an inductive component (30) with an electrically conductive coil (40) and a magnetic material (32) surrounding the coil (40) at least in sections, the coil (40) having a filament (36) and at least two electrically the helix (36) has connected connection points (38), with the steps of: producing a preform (10) from a mass that contains particles of the magnetic material (32), the mass in particular containing the magnetic material (32) in powder form, for example ferrite powder, and a binder, the preform (10) having a cavity whose outer contour corresponds or is similar to an outer contour of the coil (40), sintering the mass forming the preform (10) and thereby forming a mold (11) of magnetic Material (32), pouring the cavity of the mold (11) from the magnetic material (32) with liquid metal, in particular copper, and cooling the metal and thereby forming the coil (40) with the filament (36) and the connection points. A method according to claim 1, characterized by making the mold (11) of magnetic material (32) in one piece by sintering the mass forming the preform (10). Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the cavity is filled out before the mold (11) is completely cooled from the magnetic material (32). Method according to one of the preceding claims, characterized by producing the preform (10) from two mold halves (12, 14) and a mold core (16), with the helix ( 36) corresponding or similar cavity is formed. Method according to claim 4, characterized by gluing the mold halves (12, 14) and the mold core (16) before sintering. A method according to claim 5, wherein the adhesive comprises a binder mixed with particles of the magnetic material (32). A method according to claim 6, wherein the binder comprises water glass. Method according to at least one of the preceding claims, characterized by coating the cavity in the preform (10) or the mold (11) with a temperature-resistant and electrically insulating layer, in particular with water glass, before pouring liquid metal into the cavity. Inductive component (30) produced using a method according to at least one of the preceding claims, the coil (40) being formed in one piece, so that the connection points (38) are formed in one piece with the coil (36). The inductive component of claim 9, wherein the magnetic material (32) surrounding the coil (40) is formed in one piece.
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