DE102014107829B4

DE102014107829B4 - Induktivität sowie Herstellungsverfahren hierfür und Baukasten

Info

Publication number: DE102014107829B4
Application number: DE102014107829.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Brust
Original assignee: Michael Riedel Transf GmbH; MICHAEL RIEDEL TRANSFORMATORENBAU GmbH
Current assignee: Michael Riedel Transf GmbH; MICHAEL RIEDEL TRANSFORMATORENBAU GmbH
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2034-06-05
Also published as: DE102014107829A1; DK3021332T3; EP3021332B1; EP3021332A1

Abstract

Elektrische Induktivität, als elektrisches passives Dämpfungsglied, mit- einem aus gegeneinander isolierten Blechen (4a, b) zu einem Blechpaket zusammengesetzten Eisenkern (24) als magnetischem Flussleitkörper (24) mit- drei parallel im Abstand zueinander angeordneten, in einer Erstreckungsrichtung verlaufenden Längsschenkeln (1a, 1b, 1a), mit einem Ende an jeder Seite,- zwei Jochen (2), von denen jedes Joch (2) die auf die gleiche Seite weisenden Enden der Längsschenkel (1a, b) unter Bildung mindestens eines Luftspaltes verbindet,- die Joche (2) aus C-förmig gebogenen, passgenau ineinander gelegten Blechen (4a, b) bestehen,- drei ringförmig geschlossen umlaufende Spulen (3), von denen jedepassgenau um einen der Längsschenkel (1a, b) herum verläuft wobei- jedes Joch (2) an beiden Enden des Joches (2) in Erstreckungsrichtung der Längsschenkel (1a, 1b, 1a) abstrebende Fortsätze (7a, b) aufweist,- zwischen je zwei gegeneinander gerichteten Fortsätzen (7a, b) der beiden Joche (2) je ein äußerer Längsschenkel (1a) unter Bildung eines Luftspaltes (13) angeordnet ist,- die Joche (2) mittels einer Spannvorrichtung (6), deren Teile (6a, b) außerhalb des Blechpakets angeordnet sind, gegeneinander verspannt sind,- der fertige Eisenkern (24) außer den beiden Innenräumen zwischen den Längsschenkeln (1a, b) durchbruchfrei ist,- zwischen dem mittleren Längsschenkel (1b) und der Innenwand der Spule (3') oder des Spulenkörpers (3) ein Sicherungsstreifen (12) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist, der länger ist als die Länge des mittleren Längsschenkels (1b) und bis in den Bereich der Joche (2) reicht.

Description

Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von „Induktivitäten mit Eisenkern“, worunter generell elektrische Transformatoren, elektrische Drossein, elektrische Filter, Elektromagnete usw. fallen, im folgenden kurz „Induktivität“ genannt, sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Induktivität, sowie ein Baukasten für die Herstellung.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung stehen Induktivitäten für die Verwendung als elektrische Drosseln (Netz- und Kommutierungsdrosseln, Filterkreisdrosseln, Motordrosseln usw.) und elektrische Filter für den Einsatz an Frequenzumrichtern (Sinusfilter und du/dt- Filter usw.) im Vordergrund.
Technischer Hintergrund
Elektrische Induktivitäten sind in sehr vielen elektrischen und elektronischen Geräten enthalten, und ihr Hauptzweck besteht im Umwandeln oder Trennen eines oder mehrerer, insbesondere unterschiedlicher, Spannungspotenziale, in der Strombegrenzung, der Reduzierung von Spannungsanstiegsflanken, der Kompensation von Oberwellenanteilen oder in der Bildung eines Magnetfeldes.
Zu diesem Zweck enthalten elektrische Induktivitäten eine oder mehrere elektrische Spulen.
Deren Wicklungen können auf einem Spulenkörper, der in der Regel aus einem elektrisch nicht leitendem Material, meist Kunststoff, besteht, aufgewickelt sein oder als so genannte Luftspulen vorliegen, die keinen Spulenkörper als Wicklungskern besitzen.
Um das Prinzip der Induktivität mit Eisenkern als Einheit in Funktion zu bringen, wird die wenigstens eine Spule mit dem Eisenkern konstruktiv verbunden. Hierbei wird die wenigstens eine Spule so über dem Eisenkern platziert, dass aufgrund der angelegten Spulenspannung und der dabei auftretenden Induktion ein magnetischer Fluss im Eisenkern erzeugt wird.
Bei Transformatoren und ebenso bei Drosseln und Filtern werden häufig die beiden Spulen in Form der Wicklungen von einem gemeinsamen, geschlossen umlaufenden Eisenkern durchdrungen, was das Betriebsverhalten und die Effizienz der Induktivität verbessert.
Um Wirbelströme zu vermeiden, wird dieser in der Regel aus einem Stapel von übereinandergelegten einzelnen, gewalzten Blechen, sogenannten Dynamo-Blechen oder Trafo-Blechen, hergestellt, wobei die einzelnen Bleche elektrisch gegeneinander isoliert sein müssen. Zu diesem Zweck sind die einzelnen Bleche an den gewalzten Flächen in der Regel mit einem elektrisch isolierenden Isolierlack beschichtet oder besitzen hier eine elektrisch isolierende Oxidationsschicht.
Um die Bleche dauerhaft als Eisenkern (nachfolgend auch als Blechpaket bezeichnet) zusammenzuhalten, werden diese bisher häufig miteinander durch Durchgangslöcher in den Blechen isoliert mit Schrauben verschraubt, mittels Druckstücken verspannt oder am Rand verschweißt.
Dabei werden auch die in der Regel benötigten Befestigungswinkel oder andere Anbauteile an der Induktivität, mit dem Blechpaket, verschraubt, verschweißt oder verspannt.
Das Blechpaket kann die Spule teilweise oder voll umlaufend umschließen, wobei die Bleche aus unterschiedlichen Formaten und Größen zusammengefügt den Eisenkern der Induktivität bilden. So können unter anderem genormte Bleche so genannte E-, UI- oder M-Zuschnitte zu einem Blechpaket zusammengeführt werden.
Um auf die benötigte Dicke des Blechpakets zu gelangen, werden in der Regel zwei oder mehrere Bleche pro Lage und insbesondere von Lage zu Lage um 180° gedreht aufgeschichtet, was einen sehr hohen und meist nur manuell zu bewältigenden Arbeitsaufwand darstellt.
Dabei besteht ja die in der Aufsicht auf die Blechebene sichtbare Kontur jeder Lage bei einem umlaufend geschlossenen Eisenkern nicht aus einem einzelnen Blech, sondern diese ist wegen der Montierbarkeit aus mindestens zwei Blechen zusammengesetzt.
Bei der Schweißmethode wird das Blechpaket einseitig (ohne Wechsel der Blechrichtung) zu einem Block zusammengefügt und anschließend an den Außenseiten der Stoßkanten der Bleche als Block miteinander verschweißt. Der entstehende magnetische Kurzschluss am Rand des Magnetfeldes wird hierbei aus wirtschaftlichen Gründen in Kauf genommen.
Aus dem Stand der Technik sind mit den Patentschriften US 2014 / 0 002 229 A1 , DE 92 13 190 U1 , US 3 686 561 A , US 7 242 275 B2 , DE 31 11 391 A1 und DE 101 57 009 A1 Induktivitäten mit Spulen und Eisenkernen bekannt.
Trotz des grundsätzlich gleichen Aufbaus von Transformatoren einerseits und Drosseln oder Filtern andererseits, sollen diese im Betrieb unterschiedliche Eigenschaften besitzen, was im Detail auch unterschiedliche konstruktive Details erfordert, wenn man die jeweils gewünschte im Vordergrund stehende Funktion optimieren will:

So steht bei Transformatoren beispielsweise die Effizienz, also die Verringerung der Verlustleistung, im Vordergrund:
- Zu diesem Zweck wird versucht, den magnetischen Widerstand des Eisenkerns möglichst zu minimieren. Bei den meist umlaufend geschlossenen Eisenkernen, die aus Montagegründen nicht aus einzelnen, ringförmig geschlossenen Blechen zusammengesetzt werden können, bedeutet dies, dass die an der Kontaktstelle zwischen aneinander grenzenden Blechen des Blechpaketes auftretende magnetische Widerstand möglichst gering gehalten werden soll, was durch Maßnahmen wie Minimierung des Luftspaltes dazwischen oder gar Anfüllen mit magnetischem Material in der Fuge versucht wird.

Bei Drosseln und Filtern dagegen, die ja ein passives Dämpfungsglied beispielsweise zum Ausfiltern der harmonischen Oberwellen darstellen, wird ein definierter Luftspalt gerade benötigt, da dieser gerade die gewünschte Dämpfung bewirkt. Das im Einzelfall gewünschte Dämpfungsverhalten wird dabei durch Größe und Anordnung der Luftspalte im Eisenkern, also in oder zwischen den Blechpaketen, bestimmt.
Ein weiterer Punkt der bei Drosseln und Filtern im Vordergrund steht, ist häufig die Reduzierung der Geräuschemission an frequenzgesteuerten Motoren und Schutz der Motorisolationen durch Reduzierung der Spannungsanstiegsflanken (z.B. durch lange Motorzuleitungen).
Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Induktivität, insbesondere zur Verwendung als Drossel oder Filter, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ein Baukasten zur Verfügung zu stellen, sodass der Herstellungsaufwand verringert und die Funktion der Induktivität insbesondere als Drossel und Filter verbessert wird.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 18 und 21 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die spezifische Ausbildung der Induktivität gemäß Anspruch 1 ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen:

Durch die beiden Fortsätze an den Enden jedes Joches, die in den inneren Freiraum je einer Spule hineinragen, wird die Montage erleichtert, denn die äußeren Spulen erstrecken sich über die Fortsätze der Joche und halten damit die Joche und die äußeren Längsschenkel zusammen.

In der Mitte ist kein Fortsatz vorhanden, sodass der mittlere Längsschenkel genauso lang oder gar länger ist als die Spule, die darum herum angeordnet ist. Damit man dennoch nicht die mittlere Spule zusammen mit dem mittleren Längsschenkel aus der Ebene des Eisenkerns heraus verlagern kann, werden beidseits des Längsschenkels Sicherungsstreifen (aus elektrisch isolierendem Material) eingesteckt, die länger sind als der mittlere Längsschenkel und sich jeweils bis in den Bereich der Joche hinein erstrecken und dadurch eine formschlüssige Sicherung gegen seitliches Herausziehen der mittleren Spule und des mittleren Längsschenkels bilden.
Funktionale Vorteile, nämlich eine gute elektrische Dämpfung mittels dieser Induktivität, wird erreicht, indem zunächst einmal die Luftspalte nach Bedarf dimensioniert werden können, indem die dafür eingelegten Abstandshalter unterschiedliche Dicken aufweisen können.
Zusätzlich können die Positionen der Luftspalte und deren Anzahl gewählt werden, indem die Längsschenkel nicht jeweils einstückig sein müssen, sondern in ihrer Erstreckungsrichtung aus mehreren Teilstücken bestehen können.
Bei den äußeren Längsschenkeln erstreckt sich vorzugsweise die Spule über die Luftspalte zwischen äußerem Längsschenkel und dem Fortsatz des Joches hinweg, sodass dort - auch wenn zusätzliche Luftspalte vorgesehen werden - sich sämtliche Luftspalte innerhalb der Länge der Spule befinden, was für die Funktion als Drossel oder Filter sehr vorteilhaft ist (Minimierung von Streufeldern).
Dass die Joche in sich durchbruchsfrei sind und auch der gesamte Eisenkern

- außer den beiden großen Innenräumen zwischen den Längsschenkeln - durchbruchsfrei ist, da beispielsweise keine Durchgangsbohrungen durch die Bleche für Querverschraubungen benötigt werden, führt dazu, dass sich das magnetische Feld sehr viel homogener ausbilden kann, als bei Vorhandensein weiterer Durchbrüche. Vor allem wird ein Durchbruch in der Mitte des Joches vermieden durch die Bauform des Joches mit nur je einem Fortsatz an den Enden, und nicht im mittleren Bereich:
- Mittels der entsprechend C-förmig gebogenen Bleche können auf diese Art und Weise Joche ohne innere Durchbrüche hergestellt werden, bei denen die Blechebene der einzelnen Bleche quer zur Hauptebene des fertig gestellten Eisenkerns verläuft.

Der Eisenkern wird zusammengehalten durch eine lediglich von außen angreifende Spannvorrichtung, die den Eisenkern nicht durchdringt, und die zusätzlich hinsichtlich des Abstands ihrer Spannplatten variabel ist, also wenn z.B. unterschiedlich dicke Abstandshalter in die Luftspalte eingesetzt werden.
Vorzugsweise sollten die Längsschenkel denselben Querschnitt wie die Fortsätze des Joches aufweisen, und insbesondere auch die Blechebenen in den Längsschenkeln fluchtend mit denen in den Fortsätzen verlaufen, um eine Homogenisierung des sich ausbildenden Magnetfeldes zu erreichen.
Vorzugsweise endet der mittlere Längsschenkel somit vor den Innenflächen des C-förmigen Joches in dessen mittleren Bereich, normalerweise mit einem Luftspalt zum Joch hin. Die dadurch nicht vorhandene formschlüssige Sicherung des mittleren Längsschenkels wird durch die zusätzlichen, bereits erwähnten Sicherungsstreifen erreicht.
Die Luftspalte werden in der Regel durch eingelegte Abstandshalter aus elektrisch isolierendem Material bewirkt, was eine sehr einfache Möglichkeit ist, Luftspalte definierter Breite zu erzeugen.
Die Längsschenkel sind in der Regel quaderförmig und bestehen dann aus aufeinander gelegten rechteckigen Blechen. Die Spulen um die einzelnen Längsschenkel herum besitzen eine axiale Länge, also in Längsrichtung der Längsschenkel verlaufend, die den Abstand zwischen den beiden Jochen möglichst vollständig ausfüllt, um allein dadurch eine formschlüssige Sicherung der Längsposition der Spulen innerhalb des Eisenkerns zu bewirken.
Die Joche sind am Übergang von ihrem Hauptteil in den Fortsatz nicht einfach um 90° gekröpft, sondern zwei Mal um je 45° gekröpft und besitzen dadurch an ihren Enden eine Schräge, sowohl in ihrer Außenkontur als auch in ihrer innenseitigen Kontur, und auch alle Bleche aus denen das Joch gebildet ist, besitzen diese Schräge.
Dadurch wird die Ausbildung von sog. Hot Spots zumindest an den Innenecken des Eisenkernes verhindert und damit ein homogeneres Magnetfeld erzielt.
Je nach Auslegung der Induktivität können die einzelnen Längsschenkel in ihrem Verlauf mehrteilig ausgebildet sein, wobei freie Wahl zwischen hinsichtlich der Länge dieser Einzelteile als auch der Breite der Luftspalte dazwischen besteht. Die Abstandshalter sollten vorzugsweise die gleiche Fläche besitzen wie der Querschnitt des Längsschenkels, in dem sie sich befinden, um keine unterschiedliche Dielektrizität im Inneren des Luftspaltes zu bewirken.
Die Querschnittsfläche der Längsschenkel und auch der Fortsätze der Joche ist so bemessen, dass sie zusammen mit den beidseits eingesteckten Sicherungsstreifen genau den inneren Freiraum der jeweiligen Spule ausfüllen und dadurch eine passgenaue formschlüssige Sicherung zwischen Spule einerseits und Eisenkern andererseits gegeben ist.
Die Sicherungsstreifen werden auch bei den äußeren Schenkeln eingesetzt, obwohl sie dort für die formschlüssige Sicherung gar nicht benötigt würden, da ja bei den äußeren Spulen die Fortsätze der Joche in das Innere der Spule hineinragen.
Die Sicherungsstreifen werden deshalb auch an den äußeren Längsschenkeln angeordnet, damit der Eisenkern aus Blechstreifen gleichbleibender Dicke hergestellt werden kann, denn sonst müsste sich die Breite der für das Joch verwendeten Blechstreifen von dem mittleren Bereich zu den Fortsätzen hin verändern, was nachteilig für die Funktion und aufwändig für die Herstellung dieser Bleche ist.
Die Spannvorrichtung besteht vorzugsweise aus zwei Spannplatten, die auf die Außenseiten der Joche gelegt werden und einen Überstand entweder in der Hauptebene des Eisenkerns oder quer dazu oder beides aufweisen. An ihrem Überstand werden die beiden Spannplatten mittels Spannschrauben in Längsrichtung gegeneinander verspannt, und pressen damit die Joche gegeneinander, sodass ein Druck auf die Abstandshalter, welche die Luftspalte definieren, aufgebaut und beibehalten wird.
Dieser Druck auf die Abstandshalter bewirkt, dass die Geräuschemissionen der Induktivität im Betrieb sehr viel niedriger sind als ohne oder nur geringe Vorspannung gegen die Abstandshalter.
Um eine formschlüssige Sicherung der Spannbleche gegenüber dem Eisenkern quer zu dessen Hauptebene zu gewährleisten, sind die Spannplatten vorzugsweise als Hutprofile ausgebildet.
Vorzugsweise weisen die Spannplatten außer den Bohrungen für die sie durchdringenden Spannschrauben auch weitere Durchgangsöffnungen auf, um bei dem anschließenden Benetzen oder Vergießen der gesamten fertig montierten Induktivität das Vergussmittel ablaufen zu lassen.
An der Spannplatte kann zusätzlich - ggf. zwischen Joch und Spannplatte - eine übliche NS-Schiene zum Befestigen von Trafos angeordnet sein, die für den Betrieb als Drossel oder Filter benötigt werden.
Vorzugsweise sind die Spannplatten breiter als der quer zu seiner Hauptebene gemessene Eisenkern und auch breiter als die Spulen in dieser Richtung, zum einen um Spannschrauben im Überstand anbringen zu können, zum anderen aber auch, um einen schützenden Überstand über die Spule und den Eisenkern zu bieten.
Aufgrund dieses konstruktiven Aufbaus der Induktivität lässt sich ein Baukasten schaffen, sodass mittels einer relativ geringen Anzahl unterschiedlicher Komponenten eine sehr große Bandbreite unterschiedlich gestalteter Induktivitäten herstellt werden kann:

Der Baukasten muss natürlich jeweils mindestens wenigstens eine Sorte der zwingend vorhandenen Bauteile, also Spule, Joch, Spannvorrichtung, mittlerer und äußerer Längsschenkel und Sicherungstreifen enthalten.

Wenn allein bereits mehrere Sorten von Abstandshaltern unterschiedlicher Dicke Bestandteil des Baukastens sind, lassen sich dadurch je nach gewähltem Abstandshalter Induktivitäten mit unterschiedlichem Dämpfungsverhalten herstellen.
Noch größer ist natürlich die Variationsbreite, wenn auch von den übrigen Bauteilen der Baukasten mehrere Sorten enthält, beispielsweise mehrere Teil-Längsschenkel, um aus diesen Teil-Längsschenkeln mittlere und äußere Längsschenkel zusammenstellen zu können. Die sich ergebenden ändernden Abmessungen des Eisenkerns in Längsrichtung der Längsstreben können ohne Probleme durch entsprechend lange Außengewinde auf den Spannschrauben der Spannvorrichtung kompensiert werden oder bei großen Längenunterschieden durch unterschiedlich lange Spannschrauben innerhalb des Baukastens.
Vorzugsweise kann der Baukasten auch mehrere Sorten unterschiedlich langer Spulen und unterschiedlich langer Sicherungsstreifen umfassen.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Induktivität gemäß Anspruch 1 durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 21 gelöst:

Zum Aufbau der Induktivität wird bevorzugt eine allerdings sehr einfach aufgebaute Vorrichtung benutzt, theoretisch könnte der Zusammenbau auch rein manuell erfolgen: Nach Zusammensetzen der Joche aus einzelnen Blechen wird auf die Fortsätze des ersten Joches jeweils eine Spule aufgesteckt, oder - falls die drei Spulen vorher zu einer Einheit verbunden wurden - die gesamte Spuleneinheit.

Anschließend werden - nach Einlegen der Abstandshalter in die inneren Freiräume der Spulen - die äußeren Längsschenkel in die äußeren Spulen eingesetzt, und der mittlere Längsschenkel in die mittlere Spule eingesetzt.
Spätestens jetzt, eventuell bereits vorher, werden die je zwei Sicherungsstreifen in den Innenraum jeder Spule eingesetzt.
Nunmehr kann das zweite Joch mit seinen Fortsätzen in die äußeren Spulen eingesteckt werden - wieder unter Zwischenlegen je eines Abstandshalters - und die Spannvorrichtung angebracht werden, die in dieser Stellung die beiden Joche gegeneinander presst. Wenn die Spannvorrichtung aus den beiden Spannplatten und verbindenden Spannschrauben besteht, werden die - vorzugsweise hutförmigen - Spannplatten auf die Außenseite der Joche aufgelegt und die Spannschrauben verschraubt.
Figurenliste
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

1: die Induktivität in Explosionsdarstellung,
2a-c: verschiedene Varianten des Eisenkerns,
3a-c: die Induktivität im zusammengebauten Zustand.

Der Eisenkern 24 aus 1 ist in 2a in der Aufsicht auf seine Hauptebene 16 dargestellt, und in 2b in der Seitenansicht, also in Blickrichtung dieser Hauptebene 16.
Wie in 2a zu erkennen, besteht der Eisenkern 24 in der Aufsicht auf seine Hauptebene 16 aus einem ringförmig umlaufenden Blechpaket mit etwa quadratischer Form und abgeschrägten Ecken, bestehend aus einem oberen und einem unteren, C-förmigen Joch 2. Jedes der Joche 2 besitzt an seinen Enden im rechten Winkel zur Erstreckungsrichtung des Joches 2 in die gleiche Richtung abragende Fortsätze 7a, b.
Die Fortsätze 7a, b des unteren Joches 2 sind nach oben gerichtet, die Fortsätze 7a, b des oberen Joches 2 sind nach unten gerichtet, und fluchten mit den Fortsätzen 7a, b des unteren Joches 2.
Der Übergang des Hauptteils des Joches 2 zu den Fortsätzen 7a, b weist jeweils eine Schräge 14 auf, also zwei Biegungen um jeweils 45°.
Die Joche 2 sind aus einzelnen, in dieser Form C-förmig gebogenen, Blechen 4a, b, die ineinander gelegt sind und genau ineinander passen, aufgebaut.
Zwischen den zueinander fluchtenden Fortsätzen 7a einerseits und 7b andererseits befindet sich jeweils ein äußerer Längsschenkel 1a, der ebenfalls aus einzelnen, in diesem Fall rechteckigen, parallel aneinander angelegten Blechen besteht.
Zusätzlich befindet sich im inneren Freiraum 5 dieses ringförmig umlaufenden Blechpaketes 24 ein mittlerer Längsschenkel 1b, der sich im wesentlichen von den Innenseiten des einen Joches 2 in dessen mittleren Bereich bis zur Innenseite des anderen Joches 2 erstreckt und ebenfalls aus parallel aneinander angelegten, überhaupt nicht miteinander verbundenen, rechteckigen Blechen 4x, y besteht und parallel zu den äußeren Längsschenkeln 1a verläuft.
An den stirnseitigen Enden der Längsschenkel 1a, b und den Jochen 2 befindet sich jeweils ein Luftspalt 13, der im zusammengebauten Zustand des Eisenkerns 24 dadurch erhalten wird, dass insbesondere plattenförmige Abstandshalter 15, deren Fläche der Querschnittsfläche der Längsschenkel 1a, b entspricht, eingelegt sind.
Die Querschnittsfläche der äußeren Längsschenkel 1a ist die gleiche und stimmt vorzugsweise mit der Querschnittsfläche des mittleren Längsschenkels 1b überein, sodass für alle Längsschenkel die gleichen Abstandshalter 15 benutzt werden können, wenn die Dicke des Luftspaltes 13 auch jeweils die gleiche sein soll.
Sowohl der mittlere Längsschenkel 1b als auch die äußeren Längsschenkel 1a können auch jeweils in ihrer Erstreckungsrichtung aus mehreren Teil-Längsschenkeln bestehen, wie in einer alternativen Ausführungsform in 2c dargestellt.
Sowohl der Aufbau der Längsschenkel aus ein oder mehreren Teil-Längsschenkeln als auch die Dicke der Abstandshalter 15 hängt vom jeweiligen Einsatzzweck der Induktivität ab. Der Zweck der Erfindung besteht ja vereinfacht ausgedrückt darin, möglichst viele Variationsmöglichkeiten gerade hinsichtlich des Aufbaus und der Details des Eisenkerns zu haben trotz einem einfach durchzuführenden Aufbau der Induktivität.
Das Vorgehen beim Aufbau der Induktivität kann am besten anhand der Explosionsdarstellung der 1 erläutert werden:

Zunächst muss - siehe linke Bildhälfte der 1 - der Eisenkern 24 mit der Spuleneinheit 31 zusammengebaut werden, von der in 1 lediglich die in der Regel aus Kunststoff bestehenden, hülsenförmigen Spulenkörper 3 dargestellt sind, um deren Außenflächen herum jedoch vor dem Zusammenbau die elektrischen Spulen 3 mit ihren Wicklungen 19 aufgebracht sind unter Verwendung des Spulenkörpers 3 als Wickelkern 20, wie in 3a - c zu sehen.

Dieser Zusammenbau geht wie folgt vor sich:

Nachdem das untere Joch 2 aus Blechen 4a, b zusammengesetzt ist, werden die beiden äußeren Spulenkörper 3 auf die nach oben ragenden Fortsätze 7a, b dieses unteren Joches 2 aufgesteckt, und auch der mittlere Spulenkörper 3 zwischen die beiden äußeren Spulenkörper 3 gesetzt, der dann auf der Oberseite des Joches 2 in dessen mittleren Bereich aufsitzt.

Anschließend werden von oben her in die Spulen-Innenräume 29 der Spulenkörper 3 jeweils einer der plattenförmigen Abstandshalter 15 eingelegt, sodass sie mit ihrer Hauptfläche auf der Stirnfläche eines der Fortsätze 7a, b aufliegen und damit quer im Spulen-Innenraum 29 liegen, den die Querschnitte der Fortsätze 7a, b auch im wesentlichen ausfüllen.
Allerdings besitzt der Eisenkern 24 eine quer zu seiner Hauptebene 16 gemessene Tiefe, die geringer ist als die entsprechende Erstreckung des Querschnittes des Spulen-Innenraumes 29, und zwar um soviel geringer, dass beidseits des Eisenkerns 24 jeweils gerade ein Sicherungsstreifen 12 entlang jedem der Längsschenkel 1a, b dazwischengeschoben werden kann, was nunmehr als nächster Schritt durchgeführt wird durch Einschieben von oben in die Spulen-Innenräume 29.
Die Sicherungsstreifen 12 sind länger als der mittlere Längsschenkel 1b, und werden im mittleren Spulenkörper 3 soweit nach unten geschoben, dass ihr unteres Ende bis in den Bereich des unteren Joches 2 reicht.
Dies stellt die formschlüssige Sicherung dagegen dar, damit im zusammengebauten Zustand der mittlere Spulenkörper 3 nicht quer zur Hauptebene 16 des Blechpaketes 24 aus diesem herausgezogen werden kann.
Nun werden die Längsschenkel 1a, b von oben her in die einzelnen Spulenkörper 3 eingesetzt zwischen die jeweils zwei Sicherungsstreifen 12. Wenn einer der Längsschenkel 1a, b aus mehreren Teil-Längsschenkeln 1b besteht, werden diese nacheinander eingesetzt, jeweils unter Zwischenlage eines Abstandshalters 15.
Auf die oberen Enden der eingesetzten Längsschenkel 1a, b werden ebenfalls Abstandshalter 15 aufgelegt und dann das vorher aus Blechen zusammengesetzte obere Joch 2 mit seinen Fortsätzen 7a, b nach unten weisend in die Spulen-Innenräume 29 der beiden äußeren Spulenkörper 3 eingesteckt zwischen die dortigen Sicherungsstreifen 12.
Damit diese Einheit nicht mehr unerwünschterweise demontiert werden kann, müssen lediglich die beiden Joche 2 gegeneinander verspannt werden. Dies wird im nächsten Schritt dadurch erreicht, dass jeweils eine Spannplatte 17 in Form einer hutförmigen Schiene, die so dimensioniert ist, dass die quer zur Hauptebene 16 gemessene Tiefe des Eisenkerns 24 genau in die Vertiefung des Querschnittes des Hutprofiles passt von oben auf das obere Joche 2 und von unten gegen das untere Joch 2 gelegt wird.
Die quer nach hinten und vorne vorstehenden Überstände 23a, b des Hutprofiles weisen zueinander fluchtende Bohrungen 26 auf, durch die hindurch die beiden Spannplatten 17 mittels Spannschrauben 25 gegeneinander verspannt werden können, und dadurch den Eisenkern 24 zusammenhalten.
Vor oder nach dem Anbringen dieser aus den Spannplatten 17 und den Spannschrauben 25 bestehenden Spannvorrichtung 6 am Eisenkern 24 können an der Spannvorrichtung 6 weitere Bauteile befestigt werden:

So kann auf der oberen Spannplatte 17 eine sog. NS-Schiene 27 verschraubt werden, die dem formschlüssigen Befestigen von Trafos 28 dient, die für manche Anwendungen dieser Induktivität benötigt werden.

Ebenso kann an der Unterseite der unteren Spannplatte 17 eine weitere Spannplatte 17 so befestigt werden, dass die hutförmigen Aufwölbungen gegeneinander gerichtet sind. Diese unterste Spannplatte 17 kann beispielsweise der Verschraubung gegenüber dem Untergrund oder einem anderen Maschinenteil dienen.
Ebenso kann entweder an der unteren Spannplatte 17 oder einer zusätzlichen untersten Spannplatte 17 eine Tragplatte befestigt sein, die vom Querschnitt des Hutprofils der Spannplatte 17 aus zur Seite vorsteht und dem Befestigen von Kondensatoren 30 dient, die ebenfalls für bestimmte Anwendungen der Induktivität benötigt werden.
Die 3a-c zeigen den fertig zusammengebauten Zustand in verschiedenen Ansichten der Induktivität gemäß 1.
Bezugszeichenliste

1a, b: Längsschenkel
2: Joch
3: Spulenkörper
3': Spule
4a, b, x, y: Blech
5: innerer Freiraum
6: Spannvorrichtung
7a, b: Fortsatz
8: Kleber
9a, b: Stirnfläche
10: Längsrichtung
11: Querrichtung, Verlaufsrichtung Joch
12: Sicherungsstreifen
13: Luftspalt
14: Schräge
15: Abstandshalter
16: Hauptebene
17: Spannplatte
18: Dicke
19a, b: Wicklung
20: Wickelkern
21: Stirnplatte
22: Durchgangsöffnung
23a, b: Überstand
24: magnetischer Flussleitkörper, Eisenkern
25: Spannschraube
26: Bohrung
27: NS-Schiene
28: Trafo
29: Spulen-Innenraum
30: Kondensatoren
31: Spuleneinheit

Claims

Elektrische Induktivität, als elektrisches passives Dämpfungsglied, mit - einem aus gegeneinander isolierten Blechen (4a, b) zu einem Blechpaket zusammengesetzten Eisenkern (24) als magnetischem Flussleitkörper (24) mit - drei parallel im Abstand zueinander angeordneten, in einer Erstreckungsrichtung verlaufenden Längsschenkeln (1a, 1b, 1a), mit einem Ende an jeder Seite, - zwei Jochen (2), von denen jedes Joch (2) die auf die gleiche Seite weisenden Enden der Längsschenkel (1a, b) unter Bildung mindestens eines Luftspaltes verbindet, - die Joche (2) aus C-förmig gebogenen, passgenau ineinander gelegten Blechen (4a, b) bestehen, - drei ringförmig geschlossen umlaufende Spulen (3), von denen jede passgenau um einen der Längsschenkel (1a, b) herum verläuft wobei - jedes Joch (2) an beiden Enden des Joches (2) in Erstreckungsrichtung der Längsschenkel (1a, 1b, 1a) abstrebende Fortsätze (7a, b) aufweist, - zwischen je zwei gegeneinander gerichteten Fortsätzen (7a, b) der beiden Joche (2) je ein äußerer Längsschenkel (1a) unter Bildung eines Luftspaltes (13) angeordnet ist, - die Joche (2) mittels einer Spannvorrichtung (6), deren Teile (6a, b) außerhalb des Blechpakets angeordnet sind, gegeneinander verspannt sind, - der fertige Eisenkern (24) außer den beiden Innenräumen zwischen den Längsschenkeln (1a, b) durchbruchfrei ist, - zwischen dem mittleren Längsschenkel (1b) und der Innenwand der Spule (3') oder des Spulenkörpers (3) ein Sicherungsstreifen (12) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist, der länger ist als die Länge des mittleren Längsschenkels (1b) und bis in den Bereich der Joche (2) reicht.
Induktivität nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Längsschenkel (1a) den gleichen Querschnitt wie die Fortsätze (7a, b) aufweisen.
Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Längsschenkel (1b) beabstandet um einen Luftspalt (13) vor den Innenflächen der C-förmigen Joche (2) endet.
Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Luftspalten (13) Abstandshalter (15) aus elektrisch isolierendem Isoliermaterial angeordnet sind.
Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschenkel (1a, b) aus aufeinander gelegten rechteckigen Blechen (4 x, y) bestehen, deren Blechebenen mit den Blechebenen der Bleche (4a, b) in den Fortsätzen (7a, b) fluchten.
Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (3) in Längsrichtung (10) den Abstand zwischen den beiden Jochen (2) ausfüllen.
Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (3) einen Spulenkörper (3') aus Kunststoff aufweisen, auf dem die Wicklung (19a, b) aufgebracht ist.
Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (4a, b) der Joche (2) am Übergang vom Hauptteil des Joches (2) in den Fortsatz eine Schräge (14) um je 45°, aufweisen.
Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (3') auf den äußeren Längsschenkeln (1a) so lang sind, dass sie die Luftspalte (13) zwischen den äußeren Längsschenkeln (1a) und den Fortsätzen (7a, b) der Joche (2) überdecken.
Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschenkel (1a, b) mehrteilig ausgebildet sein können, indem sie in ihrer Erstreckung in Längsrichtung (10) unterbrochen sind durch Luftspalte (13), in denen sich Abstandshalter (15) befinden.
Induktivität nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die insbesondere plattenförmigen Abstandshalter (15) die gleiche Fläche besitzen wie der Querschnitt der Längsschenkel (1a, b), in deren Luftspalten (13) sie sich befinden.
Induktivität nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (6) aus zwei Spannplatten (17) besteht, die auf den Außenseiten der Joche (2) liegen und an ihrem Überstand (23a, b) durch Spannschrauben (25) in Längsrichtung (10) gegeneinander verspannt sind.
Induktivität nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannplatten (25) aus einem Hutprofil bestehen.
Induktivität nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität von einem aushärtenden Kunststoff benetzt ist.
Induktivität nach einem der Ansprüche12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannplatten (17) außer den Bohrungen (26) für die Spannschrauben (25) Durchgangsöffnungen (22) für das Ablaufen des Vergussmittels aufweisen.
Induktivität nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der Spannplatte (17), eine Schiene, insbesondere eine NS-Schiene (27) zum Befestigen von Trafos (28) angeordnet ist.
Induktivität nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannplatte (17) in der Aufsicht betrachtet mindestens so breit ist wie die Spulen (3').
Baukasten zum Herstellen einer Induktivität nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, mit - wenigstens einer Sorte Spulen (3'), - wenigstens einer Sorte Joche (2), - wenigstens einer Sorte Spannvorrichtung (6), - wenigstens einer Sorte mittlerer Längsschenkel (1b), - wenigstens einer Sorte äußerer Längsschenkel (1a), - wenigstens einer Sorte Sicherungsstreifen (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Baukasten mehrere Sorten von Abstandshaltern (15) mit unterschiedlicher Dicke umfasst.
Baukasten nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Baukasten mehrere Teil-Längsschenkel (1a1, 1a2) zum Erstellen von mittleren (1b) und äußeren (1a) Längsschenkeln umfasst.
Baukasten nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Baukasten mehrere Sorten unterschiedlich langer Spulen (3') und/oder unterschiedlich langer Sicherungsstreifen (12) und/oder unterschiedlich langer Spannvorrichtungen (6) mit insbesondere unterschiedlich langen Spannschrauben (25) umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Induktivität, die - einen Eisenkern (24) mit drei beabstandeten Längsschenkeln (1a, 1b, 1a) und zwei C-förmigen Jochen (2) mit endseitigen Fortsätzen (7a, b) sowie - drei Spulen (3') und - eine Spannvorrichtung (6) aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Zusammensetzen eines ersten Joches (2) aus Blechen (4a, b) und Anordnen des Joches (2) mit nach oben weisenden Fortsätzen (7a, b), b) Aufstecken der beiden äußeren Spulen (3') auf die Fortsätze (7a, b) und Einsetzen der mittleren Spule (3') zwischen die beiden so positionierten äußeren Spulen (3'), c) Einstecken von je zwei Sicherungsstreifen (12) aus elektrisch isolierendem Material in jeden Spulen-Innenraum (29) entlang an den Außenflächen des Joches (2), d) Einlegen je eines plattenförmigen Abstandshalters (15) in jeden Spulen-Innenraum (29) der drei Spulen (3'), e) Einstecken des äußeren und des mittleren Längsschenkels (1a,b) in die Innenräume (29) jeder der drei Spulen (3') oder der mehreren Teil-Längsschenkel (1b1, 1b2) nacheinander in jedem Innenraum (29) mit Dazwischenlegen je eines Abstandshalters (15), f) Auflegen von Abstandshaltern (15) auf die oberen Stirnflächen der drei Längsschenkel (1a, b), g) Zusammensetzen eines zweiten Joches (2) aus C-förmig gekröpften Blechen (4a, b), h) Einstecken des zweiten Joches (2) mit den Fortsätzen (7a, b) nach unten in die Spuleninnenräume (29) der beiden äußeren Spulen (3') zwischen die Sicherungsstreifen (12), i) Anlegen der Spannvorrichtung (6) am Eisenkern (24) und Verspannen der beiden Joche gegeneinander.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufstecken der drei Spulen (3') die drei Spulen (3') miteinander mechanisch zu einer Spulen-Einheit verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbringen der Spannvorrichtung (6) erfolgt durch - Anlegen einer Spannplatte (17) oberhalb und unterhalb des Eisenkerns (24) an den Außenseiten der Joche (2), - Anordnen und Verspannen von Spannschrauben (25) zwischen den beiden Spannplatten (17) seitlich neben dem Eisenkern (24) und den Spulen (3').
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität auf der Außenseite elektrisch isolierend beschichtet wird.