DE102018115283A1

DE102018115283A1 - Drosselanordnung und Aufnahme für die Drosselanordnung

Info

Publication number: DE102018115283A1
Application number: DE102018115283.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Werker; Stefan Tydecks
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2019-08-29
Also published as: KR102151541B1; US11329545B2; US20190267890A1; KR20190103953A; CN110211782A

Abstract

Der Erfindung, welche eine Drosselanordnung (1), zum Einsatz in einem EMV-Filter, betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drosselanordnung (1) anzugeben, welche mechanisch robust ist und eine verbesserte Isolation der Wicklungen (4, 5) zueinander ermöglicht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass um den Ringkern (10) eine zweiteilige Einhausung (15) angeordnet ist und dass in der zweiteiligen Einhausung (15) ein Isolationssteg (19) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drosselanordnung zum Einsatz in einem EMV-Filter, aufweisend einen Ringkern und mindestens zwei Wicklungen, welche auf dem Ringkern elektrisch voneinander getrennt angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft auch eine Aufnahme für die Drosselanordnung zur mechanischen Fixierung an einer Steuerplatine eines Umrichters für einen elektrischen Kältemittelverdichter.
In elektronischen Baugruppen, in welchen Schaltvorgänge mit elektrischen Spannungen beziehungsweise Strömen ausgeführt werden, kommt es infolge der Schaltvorgänge zu einer Erzeugung von Störungen, bedingt durch entstehende elektrische Impulse, verbunden mit einer Aussendung von Störsignalen. Die Störungen können sich sowohl leitungsgebunden, als auch über den Freiraum, das heißt drahtlos als eine Funkwelle, ausbreiten.
Die Fähigkeit eines technischen Geräts, andere Geräte nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte zu stören oder durch andere Geräte gestört zu werden, wird als elektromagnetische Verträglichkeit, kurz als EMV bezeichnet.
Zur Vermeidung beziehungsweise zur Minimierung der Ausbreitung derartiger Störungen ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Baugruppen mit einer Filtereinheit, einem sogenannten EMV-Filter, EMC-Filter oder Netzfilter auszurüsten. Außerdem ist es bekannt, Maßnahmen zur Schirmung oder Abschirmung der elektronischen Baugruppen zu ergreifen, um eine Beeinflussung der ordnungsgemäßen Funktionsweise anderer elektronischer Baugruppen oder Geräte durch zu große Amplituden der Störsignale zu vermeiden.
Die Größen derartiger Störsignale, welche von einem in Umlauf gebrachten Gerät einzuhalten sind, werden in den für das jeweilige Gerät zugehörigen EMV-Normungen festgelegt und anhand von einzuhaltenden Grenzwerten und Mindestanforderungen beschrieben.
Diesbezüglich sind beispielsweise sogenannte ECE-Regelungen bekannt, welche einen Katalog von internationalen Vereinbarungen für einheitliche technische Vorschriften für Kraftfahrzeuge sowie für Teile und Ausrüstungsgegenstände von Kraftfahrzeugen umfassen. Mit dem Bereich der Funkentstörung beschäftigt sich beispielsweise die ECE R10, welche für zukünftige Entwicklungen zu beachten ist und welche eine weitere Verringerung der zulässigen Störabstrahlung zur Folge haben wird.
Auch bei einem Betrieb von elektrischen Umrichtern, auch als Inverter bezeichnet, welche einen Elektromotor ansteuern und damit in der Amplitude große Ströme schalten, werden elektromagnetische Störabstrahlungen erzeugt. Ein derartiger Umrichter wird beispielsweise bei einer Ansteuerung eines Motors in einem Klimakompressor beziehungsweise eines Kältemittelverdichters eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.
Eine bekannte Lösung zur Unterdrückung der Störabstrahlung an elektrischen oder elektronischen Baugruppen ist der Einsatz eines passiven EMV-Filters. Derartige passive EMV-Filter werden üblicherweise mit Hilfe von passiven Bauteilen, wie Kondensatoren, Spulen und Widerständen realisiert, welche in einer bekannten, geeigneten Weise miteinander verschaltet sind und somit die gewünschte Filterwirkung erzeugen.
Bei der Art der mittels eines EMV-Filters zu filternden Störungen wird zwischen sogenannten Gleichtaktstörungen und Gegentaktstörungen unterschieden. Das vom EMV-Filter zu filternde Störspektrum besteht in der Praxis aus der Summe beider sich überlagernder Störanteile.
Die Art, der Aufbau und besonders die Spannungslage beispielsweise eines Umrichters für einen elektrischen Kältemittelverdichter bestimmen darüber, welcher der beiden Störanteile überwiegt und welcher Störanteil somit stärker gefiltert werden muss.
Bei Umrichtern für Kältemittelverdichter, welche zum Beispiel in einem Spannungsbereich von etwa 48 V betrieben werden, kommt es aufgrund der geringen Betriebsspannung und gleichzeitig hoher auftretender Ströme in einem Bereich von beispielsweise 100 A bis 200 A vornehmlich zu Gegentaktstörungen.
In Hochvoltinvertern, welche mit Spannungen zwischen beispielsweise 400 V und 1.000 V arbeiten, treten vornehmlich Gleichtaktstörungen als Störkomponente auf.
Eine Beschränkung des Einsatzgebiets der vorliegenden Erfindung auf die Vermeidung beziehungsweise Minimierung von nur Gleichtaktstörungen oder von nur Gegentaktstörungen liegt nicht vor. So ist eine nachfolgende, beispielhafte Ausführung zu nur einer Art dieser Störungen nicht als Einschränkung zu sehen, da es dem Fachmann jederzeit möglich ist, die Ausführung durch entsprechende fachgerechte Änderungen an die andere Art der Störungen anzupassen.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, derartige Störungen durch einen Einsatz sogenannter Drosseln, welche eine Wicklung auf einem Kern umfassen, in Kombination mit Kondensatoren in einem passiven EMV-Filter zu filtern. Hierfür werden beispielsweise in jeder Zuleitung des Umrichters HV+ und HV- je eine Wicklung L₁ und L₂ eingefügt und entsprechende Kondensatoren C₁ und C₂ zwischen den Zuleitungen HV+ und HV- vor und hinter den Wicklungen L₁ und L₂ angeordnet. Außerdem werden ein dritter, ausgangsseitiger Kondensator C₃ nach der Wicklung L₂ zwischen der Leitung HV- und einem Massepotential und ein vierter, ausgangsseitiger Kondensator C₄ nach der Wicklung L₁ zwischen der Leitung HV+ und dem Massepotential in passiven EMV-Filter angeordnet.
Drosseln, englisch choke, sind als Spulen beziehungsweise Induktivitäten zur Begrenzung von Strömen in elektrischen Leitungen, zur Zwischenspeicherung von Energie in Form eines Magnetfeldes, zur Impedanzanpassung oder zur Filterung bekannt. Derartige Drosseln werden häufig in eine Spannungszuleitung einer elektrischen Baugruppe eingefügt. Zur Steigerung des sogenannten induktiven Widerstandes, auch als Blindwiderstand oder Reaktanz bezeichnet, enthalten Drosseln häufig einen weichmagnetischen Kern auf welchem eine Wicklung aufgebracht ist. Dabei ist es bekannt, als weichmagnetischen Werkstoff ferromagnetische Materialien einzusetzen, welche sich in einem Magnetfeld auf einfache Weise magnetisieren lassen.
Zudem sind sogenannte Ringkern-Drosseln bekannt, welche auf einen Ferrit-Ringkern oder Pulver-Ringkerne gewickelt werden können. Derartige Ringkerne können auch aus kristallinen oder amorphen Metallbändern bestehen. Ringkerne bilden einen geschlossenen magnetischen Kreis aus und weisen daher nur geringe magnetische Streufelder auf. Eine derart geringe Streuung trägt zu einer besseren elektromagnetischen Verträglichkeit bei.
Die in den Zuleitungen HV+ und HV- des Umrichters angeordneten Wicklungen L₁ und L₂ werden vom maximal möglichen Eingangsstrom des Umrichters durchflossen und müssen demzufolge entsprechend für die dabei vorliegende Strombelastung dimensioniert werden.
Der störungsüberlagerte Eingangsstrom führt in den auf entsprechenden Kernen angeordneten Wicklungen L₁ und L₂ zur Entstehung eines Magnetfelds. Im Fall eines Einsatzes von sogenannten Gleichtaktdrosseln, englisch common mode choke, kurz als CMC bezeichnet, heben sich, aufgrund des gegenläufigen Wicklungssinns der beiden Wicklungen, welche auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind, die Magnetfelder der Eingangsströme in dem gemeinsamen Kern auf.
Derartige Gleichtaktdrosseln sind beispielsweise aus einem toroiden Kern, auf welchem zwei Wicklungen mit einem gegenläufigen Wicklungssinn aufgebracht sind, ausgebildet. Jede der Wicklungen umfasst eine Anzahl von n Windungen eines elektrisch leitfähigen Drahtes, wobei n gleich eins oder größer gewählt wird.
Derartige toroide Kerne sind beispielsweise aus Ferritmaterial oder aus einem nanokristallinen Material ausgebildet.
Ringkerne aus einem nanokristallinen Material können, wie nachfolgend beschrieben, aufgebaut sein. Das nanokristalline Material, welches beispielsweise als ein bandförmiges Ausgangsmaterial vorliegt, wird zu einem Wickel aufgerollt. Da nanokristallines Material sehr spröde Eigenschaften aufweist, wird der nanokristalline Wickel in einem topfförmigen Gehäuse mit einem Deckel eingehaust. Die derart entstandene bauliche Einheit, bestehend aus dem Ringkern und dem Gehäuse, ist ausreichend gut gegen mechanische Einflüsse geschützt.
Zur Fertigung einer Drossel wird eine derartige bauliche Einheit zum Bewickeln mit einem entsprechend dimensionierten Draht für beispielsweise zwei Wicklungen in eine Halterung eingespannt und nach dem Stand der Technik halbautomatisch bewickelt.
Dabei wirken, besonders bei größeren Drahtdurchmessern, welche bei entsprechend hohen Strombelastungen vorgesehen werden müssen, starke Zugbelastungen und Druckbelastungen auf den Kern, da der zu umwickelnde Draht einerseits eine gewisse mechanische Steifigkeit aufweist und andererseits eng um den Ringkern mit dem Gehäuse gewickelt werden muss.
Weiterhin gehört zum Stand der Technik, dass in dem Innendurchmesser des Ringkerns eine Isolationsplatte aus einem nicht ferromagnetischen und schlecht leitenden Material, wie Epoxidharz oder Kunststoff, angeordnet wird, um beide Windungen voneinander zu isolieren. Diese Maßnahme ist besonders in den Fällen notwendig, in welchen zwischen den Wicklungen ein Potentialunterschied von mehreren 100 V auftritt. Ohne das Anordnen einer derartigen Isolationsplatte würden die in der Vorschrift VDE0110 - „Isolationskoordination für elektrische Betriebsmittel in Niederspannungsanlagen“ geforderten Luft und Kriechstrecken unterschritten. Zudem ist es üblich, die Isolationsplatte in den Ringkern einzukleben. Häufig geschieht dies erst nach dem eigentlichen Bewicklungsvorgang.
Aus der US 2016/0336846 A ist ein induktives Bauelement bekannt, welches auf einer Leiterplatte montiert ist und einen im Wesentlichen flachen Träger und eine Drossel aufweist, wobei die Drossel auf einer oberen Seite des Trägers montiert ist und einen Kern und mindestens zwei um den Kern gewickelte Spulen umfasst. Die Drähte der zumindest zwei Spulen sind mit Endsegmenten ausgebildet, welche durch den Träger geführt sind und auf einer zur oberen Seite des Trägers entgegengesetzten unteren Seite des Trägers enden. Der Träger weist Aussparungen zum Führen der Endsegmente durch den Träger und Verschlüsse zum Befestigen der Endsegmente der Drähte in den Aussparungen auf. Mittels der angegebenen Lösung wird eine kompakte Einheit aus einem Träger und einer Drossel bereitgestellt, welche nach der im Stand der Technik üblichen Weise auf einer Inverterplatine angeordnet werden kann.
Allerdings muss bei der aus dem Stand der Technik bekannten Verwendung eines nanokristallinen Ringkerns die bauliche Einheit, bestehend aus dem Ringkern und dem Gehäuse, die mechanischen Kräfte abfangen. Zum Schutz des Gehäuses kann es daher notwendig sein, die Größe des Drahtdurchmessers beim Bewickeln zu limitieren.
Zudem reicht beispielsweise bei Arbeitsspannungen im Bereich von annähernd 1.000 V eine einfache Isolationsplatte nicht mehr aus, um die geforderten Luftstrecken und Kriechstrecken einzuhalten. Insbesondere in den Bereichen des Ringkerns ist keine Isolationsplatte nach dem Stand der Technik ausgebildet, was in ungünstigen Fällen zu einem Spannungs-Überschlag führen kann.
Außerdem muss die bauliche Einheit aus Ringkern und Gehäuse auf einer Elektronikplatine fixiert werden. Zu diesem Zweck wird häufig Kleben verwendet. Teilweise sind auch weitere Hilfsmittel, wie beispielsweise eine die bauliche Einheit tragende Platine, notwendig. Die große Menge an Klebstoff, welche für den Vorgang benötigt wird, erhöht die Produktionskosten. Weiterhin muss der Klebstoff aushärten, was den Zeitaufwand für die Fertigung erhöht.
Somit besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Drosselanordnung zum Einsatz in einem EMV-Filter, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Drosselanordnung anzugeben, welche mechanisch robust ist und eine verbesserte Isolation der Wicklungen zueinander ermöglicht. Außerdem soll ein sicher isolierter und vibrationsgeschützter Verbau der Drosselanordnung auf einer Steuerplatine beziehungsweise einer Treiberplatine eines Umrichters für einen elektrischen Kältemittelverdichter bereitgestellt werden.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 als selbstständiger Patentanspruch gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Dabei ist es vorgesehen, einen Ringkern, welcher beispielsweise aus einem bandförmigen nanokristallinenen Material gebildet wird, in einer zweiteiligen Einhausung anzuordnen. Die zweiteilige Einhausung ist derart ausgebildet, dass der Ringkern in einen ersten Teil der zweiteiligen Einhausung eingelegt werden kann. Mittels des zweiten Teils der zweiteiligen Einhausung, welcher auf den ersten Teil aufgebracht oder aufgelegt wird, erfolgt ein Verschließen der Einhausung. Mit der zweiteiligen Einhausung ist ein vollständiges Umschließen beziehungsweise Umhüllen eines toroiden Ringkerns möglich.
Zu diesem Zweck ist die zweiteilige Einhausung mit einem zur Aufnahme eines toroiden Ringkerns geeigneten ringförmigen Hohlraum ausgestattet, welcher durch die zweiteilige Einhausung zu gleichen oder zu unterschiedlichen Anteilen ausgebildet wird. Der sich durch das Zusammensetzen der beiden Teile der zweiteiligen Einhausung ausbildende Hohlraum ist derart ausgeführt, dass eine formschlüssige Aufnahme des Ringkerns erfolgt. Durch die feste und allseitige Umhüllung des Ringkerns wird eine stabile und sichere Aufnahme des Ringkerns erreicht.
Die zweiteilige Einhausung weist einen eine Isolatorplatte ausbildenden Isolationssteg auf. Der Isolationssteg wird zudem in einem aus dem Stand der Technik bekannten Bereich im Innendurchmesser des Ringkerns und vorteilhaft um dem Ringkern herum bis in einen Bereich, welcher außerhalb des Außendurchmessers des Ringkerns liegt, ausgebildet. Der die Isolatorplatte ausbildende Isolationssteg wird folglich vorzugsweise in der Form einer Sekante ausgebildet, welche durch den Mittelpunkt des Kreises führt. Derart wird die zweiteilige Einhausung sowohl mit einem zur Aufnahme eines toroiden Ringkerns geeigneten ringförmigen Hohlraum als auch mit einem die Isolatorplatte ausbildenden Isolationssteg ausgeführt.
Die zweiteilige Einhausung ist vorteilhaft aus einem Material, wie einem Kunststoff, herzustellen. Derartige Kunststoffe weisen gute mechanische Eigenschaften zur robusten Aufnahme des Ringkerns auf. Außerdem sind Kunststoffe ein guter elektrischer Isolator. Somit können die Wicklungen der Drosselanordnung direkt auf die aus einem Kunststoff bestehende zweiteilige Einhausung aufgebracht werden. Kunststoffe, wie Polyamide, kurz als PA bezeichnet, können nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren, beispielsweise einem Spritzgussverfahren, einfach verarbeitet werden.
Die beiden Teile der zweiteiligen Einhausung sind bevorzugt formgleich herzustellen. Somit weist die zweiteilige Einhausung zwei Halbschalen auf, welche zusammengesetzt die zweiteilige Einhausung ausbilden. Das Ausführen der Einhausung durch zwei formgleiche Halbschalen ermöglicht es, bei einem zur Herstellung der Halbschalen genutzten Spritzgussverfahren mit einer Form beziehungsweise einem Spritzgusswerkzeug auszukommen, was zu einem reduzierten Aufwand bei der Herstellung und zu reduzierten Kosten führt.
Die Trennstellen, das heißt die Bereiche, in welchen sich die beiden Halbschalen bei einem Zusammenbau der Anordnung berührend angeordnet sind, sind vorzugsweise eben ausgebildet. Zum Fixieren der Halbschalen der zweiteiligen Einhausung können an den Trennstellen Klebstoff aufgebracht und die beiden Halbschalen miteinander verklebt werden.
Nach einer alternativen Ausführung der Erfindung sind die Trennstellen zumindest in einem Bereich gestuft ausgebildet. Die Stufung kann beispielsweise entlang des Isolationsstegs ausgeführt werden. Mittels einer oder mehrerer Stufungen wird das Zusammenfügen der Halbschalen zu einer baulichen Einheit vereinfacht, da die Stufung eine exakte Ausrichtung der Halbschalen zueinander sicherstellt. Auch in diesem Fall ist ein Einbringen von Klebstoff an den Trennstellen zum Verkleben der Halbschalen miteinander vorgesehen.
Durch das Einfügen von Stufungen an den Trennstellen werden auch eine mechanisch robustere Konstruktion erreicht und die Isolation zwischen Wicklung und Ringkernmaterial an den Trennstellen verbessert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

1: eine beispielhafte Schaltungsanordnung eines passiven EMV-Filters nach dem Stand der Technik am Beispiel einer EMV-Filter-Schaltung mit einer Drosselanordnung, insbesondere einer Gleichtaktdrossel,
2: eine Gleichtaktdrossel aus dem Stand der Technik, aufweisend einen toroiden Kern mit zwei mit gegenläufigem Wicklungssinn aufgebrachten Wicklungen,
3: eine erfindungsgemäße und einen Ringkern aufnehmende beziehungsweise umschließende zweiteilige Einhausung,
4: eine Halbschale der erfindungsgemäßen zweiteiligen Einhausung,
5: zwei baugleich ausgeführte Halbschalen,welche zu einer zweiteiligen Einhausung mit einer gestuft ausgeführten Trennstelle zusammengeführt sind,
6: eine Prinzipdarstellung der Platzierung einer Drosselanordnung mit einer Steuerplatine eines Umrichters zur Ansteuerung eines elektrischen Kältemittelverdichters,
7: eine zur Platzierung der erfindungsgemäßen Drosselanordnung geeignete Aufnahme und
8: eine Darstellung des Einbringens der erfindungsgemäßen Drosselanordnung in den Rahmen.

1 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung eines passiven EMV-Filters mit einer Drossel 1' nach dem Stand der Technik, wobei der EMV-Filter mit einem Umrichter 2 verbunden ist. Die als passiver Filter ausgeführte EMV-Filter-Schaltung weist einen Eingang 3 auf, an welchem beispielsweise eine Spannung von 48 V anliegen kann und umfasst die in den Zuleitungen HV+ und HV- angeordnete erste Wicklung L₁ 4 und die zweite Wicklung L₂ 5, welche auf einem gemeinsamen Kern, wie beispielsweise einem Ringkern 10, angeordnet sind.
Während ein erster Kondensator 6 mit der Bezeichnung C₁ zwischen den Leitungen HV+ und HV- direkt am Eingang der passiven EMV-Filter-Schaltung und vor den Wicklungen L₁ 4 und L₂ 5 angeordnet ist, ist ein zweiter Kondensator 7 mit der Bezeichnung C₂ hinter den Wicklungen L₁ 4 und L₂ 5 am Ausgang der EMV-Filter-Schaltung und somit am Eingang des Umrichters 2 angeordnet.
Ein dritter Kondensator 8 mit der Bezeichnung C₃ ist zwischen der Leitung HV- und einem Massepotential vorgesehen. Ein vierter Kondensator 9 mit der Bezeichnung C₄ ist zwischen der Leitung HV+ und dem Massepotential angeordnet.
Wie im Stand der Technik üblich, erzeugt der Umrichter 2 die zum Betrieb eines nicht dargestellten Elektromotors, welcher beispielsweise einen Kältemittelverdichter antreibt, benötigten elektrischen Steuersignale.
In 2 ist eine Drossel 1', insbesondere eine Gleichtaktdrossel, aus dem Stand der Technik gezeigt, welche aus einem toroiden Ringkern 10 mit zwei mit gegenläufigem Wicklungssinn aufgebrachten Wicklungen 4 und 5 ausgebildet ist. Zur Aufnahme der Draht-Enden der ersten Wicklung 4 sowie der zweiten Wicklung 5 ist eine Montageplatte 11 vorgesehen. Die Draht-Enden werden beispielsweise mit entsprechenden Kontaktstellen oder Leiterzügen auf der Montageplatte 11 elektrisch leitend verlötet oder verschweißt.
Außerdem ist es üblich den Ringkern 10 beispielsweise mittels eines Klebstoffs 12 auf der Montageplatte 11 zu fixieren. Die Einheit, bestehend aus dem Ringkern 10, der ersten Wicklung 4, der zweiten Wicklung 5 und der Montageplatte 11, kann mittels auf der Montageplatte 11 angeordneter Anschlussstifte 13 mit einer in der 2 nicht dargestellten Steuerplatine eines Umrichters verbunden werden. Zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung der Anschlussstifte 13 mit Kontaktstellen oder Leiterzügen der Steuerplatine eines Umrichters können beispielsweise ein Lötverfahren oder Schweissverfahren eingesetzt werden.
Zur elektrischen Isolation der ersten Wicklung 4 von der zweiten Wicklung 5 ist ein Isolationsplatte 14 im Innendurchmesser des Ringkerns 10 angeordnet. Die Isolationsplatte 14 wird beispielsweise mittels eines Klebstoffs 12 im Innendurchmesser des Ringkerns 10 mechanisch fixiert.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Drosselanordnung 1 mit einer einen Ringkern 10 aufnehmenden beziehungsweise umschließenden zweiteiligen Einhausung 15. Die zweiteilige Einhausung 15 wird mittels einer ersten Halbschale 16 und einer zweiten Halbschale 17 ausgebildet. Beide Halbschalen 16, 17 weisen eine Trennstelle 18 auf, welche derart ausgebildet ist, dass ein Zusammenfügen der ersten Halbschale 16 und der zweiten Halbschale 17 ohne einen verbleibenden Zwischenraum zwischen den Halbschalen 16, 17 möglich ist.
Die Halbschalen 16, 17 können nach dem Einlegen des Ringkerns 10 in die zweiteilige Einhausung 15 beispielsweise mittels eines Klebstoffs 12 miteinander verklebt werden. Nachfolgend werden die erste Wicklung 4 und die zweite Wicklung 5 unter Nutzung eines aus dem Stand der Technik bekannten Wickelverfahrens angebracht und die erfindungsgemäße Drosselanordnung 1 vervollständigt. Zur Verbesserung der Ansicht der Halbschalen 16, 17 sind die Wicklungen 4 und 5 in der 3 nicht dargestellt.
Die Halbschalen 16, 17 sind jeweils einen Teil eines Isolationsstegs 19 aufweisend ausgebildet. Nach dem Zusammensetzen der Halbschalen 16, 17 wird der Isolationssteg 19 vollständig ausgebildet und verläuft sowohl durch den Innendurchmesser der Halbschalen 16, 17 als auch in einem Bereich über dem Außendurchmesser der Halbschalen 16, 17 hinaus.
Der gegenüber dem Stand der Technik größere Isolationssteg 19 führt einerseits zu einer Verbesserung der Isolation zwischen der ersten Wicklung 4 und der zweiten Wicklung 5 und andererseits zu einer Verbesserung der mechanischen Stabilität der zweiteiligen Einhausung und somit der Drosselanordnung 1. Die Formulierung eines größeren Isolationsstegs 19 meint sowohl, dass der Isolationssteg 19 auch über den Außendurchmesser der zweiteiligen Einhausung 15 hinaus ausgebildet ist, als auch, dass der Steg um den Querschnitt der zweiteiligen Einhausung 15 und somit auch des Ringkerns 10 herum ausgebildet ist. Die Verbesserung der mechanischen Stabilität wirkt sich sowohl auf die zweiteilige Einhausung 15 als auch auf den verbesserten Schutz des spröden Materials des Ringkerns 10, insbesondere im Prozess des Bewickelns des Ringkerns 10 mit beispielsweise zwei Windungen 4, 5, aus.
Die Halbschalen 16, 17 sind vorteilhaft formgleich zueinander ausgeführt und hergestellt, sodass die Halbschalen 16, 17 beispielsweise mit einem einzigen Spritzgusswerkzeug hergestellt werden können. Außerdem ist damit eine sehr hohe Passgenauigkeit der Halbschalen 16, 17 zueinander gegeben.
Die erfindungsgemäße Drosselanordnung 1 weist zudem eine erste Wicklung 4 und eine zweite Wicklung 5 auf, welche in der 3 nicht dargestellt sind. Dabei kann die erste Wicklung 4 beispielsweise in dem in der 3 dargestellten Bereich links von dem erfindungsgemäßen Isolationssteg 19 und die zweite Wicklung 5 rechts von dem erfindungsgemäßen Isolationssteg 19 angeordnet werden. Eine Beschränkung der Erfindung auf diese Form der Anordnung mehrerer Wicklungen 4, 5 oder eine Beschränkung auf nur zwei Wicklungen 4, 5 ist nicht vorgesehen.
4 zeigt die erste Halbschale 16 der erfindungsgemäßen zweiteiligen Einhausung 15 in einer Ansicht in die Innenseite der ersten Halbschale 16. Alternativ könnte die Darstellung auch die zweite Halbschale 17 zeigen, da die beiden Halbschalen 16, 17 formgleich zueinander ausgeführt sind.
Die Halbschalen 16, 17 sind derart ausgebildet, dass ein Ringkern 10 in die Halbschalen 16, 17 einlegbar ist. Dabei ist der Innenbereich der Halbschalen 16, 17 an die Querschnittsform des Ringkerns 10 angepasst. Im Beispiel der 4 weist der toroide Ringkern 10 einen eher rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt auf. In einer alternativen Ausführungsform könnte der toroide Ringkern 10 einen eher kreisförmigen Querschnitt aufweisen. In diesem Fall ist es vorgesehen, zumindest den Innenbereich der Halbschalen 16, 17 halbrund auszuführen.
In jedem Fall wird der Innenbereich an die Konturen des Ringkerns 10 derart angepasst, dass eine formschlüssige Aufnahme des Ringkerns 10 in der zweiteiligen Einhausung 15 erreicht wird. Damit ist der Ringkern 10 in der zweiteiligen Einhausung 15 gut fixiert und vor mechanischen Einwirkungen geschützt angeordnet. Der Schutz betrifft sowohl mechanische Beanspruchungen, welche bei der Herstellung der Drosselanordnung 1 beim Bewickeln auftreten, als auch mechanische Beanspruchungen, wie Vibrationen, welche beispielsweise in einer fertigen Baugruppe eines die Drosselanordnung 1 beinhaltenden Inverters für einen Kältemittelverdichter auftreten.
Die Halbschalen 16, 17 weisen jeweils eine Trennstelle 18 auf. Die Trennstelle 18 stellt den Bereich oder die Fläche dar, mit welchem oder mit welcher sich die Halbschalen 16, 17 nach dem Zusammenfügen berühren. In einer ersten Variante ist es vorgesehen, die Trennstellen 18 plan auszuführen, sodass die erste Trennstelle 18 der ersten Halbschale 16 eben an der zweiten Trennstelle 18 der zweiten Halbschale 17 anliegt. Die Halbschalen 16, 17 können im Bereich der Trennstelle 18 beispielsweise miteinander verklebt werden.
Nach einer alternative Ausführungsform sind die Trennstellen 18 der Halbschalen 16, 17 mit einer Stufung 20 beziehungsweise gestuft ausgeführt. In 4 sind beispielhaft zwei Stufungen 20 eingekreist markiert. Die Stufungen 20 sind derart ausgebildet, dass sich die Halbschalen 16, 17 gegenseitig zu einer keinen Spalt oder Hohlraum in den Verbindungsbereichen der Trennstellen 18 aufweisenden zweiteiligen Einhausung 15 ergänzen. Zudem werden die Halbschalen 16, 17 mittels einer derartigen Stufung 20 genau fixiert und gegen ein Verdrehen gesichert.
5 zeigt zwei baugleich ausgeführte Halbschalen 16, 17, welche zu einer zweiteiligen Einhausung 15 zusammengefügt sind. Der in der zweiteiligen Einhausung 15 angeordnete Ringkern 10 ist in 5 nicht zu erkennen. Die Halbschalen 16, 17 sind mit einer gestuft ausgeführten Trennstelle 18 versehen, wobei eine Stufung 20 dargestellt ist, welche im Bereich des erfindungsgemäßen Isolationsstegs 19 gebildet wird. Der Pfeil verdeutlicht das Auflegen der ersten Halbschale 16 auf die zweite Halbschale 17 zum Bereitstellen der zweiteiligen Einhausung 15. Zur Vervollständigung der erfindungsgemäßen Drosselanordnung 1 werden auf beiden Seiten des Isolationsstegs 19 je eine Wicklung 4 und 5 angeordnet, welche in 5 nicht dargestellt sind.
6 zeigt eine Prinzipdarstellung der Platzierung einer Drosselanordnung 1 mit einer Steuerplatine 21 eines Umrichters zur Ansteuerung eines elektrischen Kältemittelverdichters.
Von einer einen Ringkern 10 umhüllenden zweiteiligen Einhausung 15 ist die erste Halbschale 16 dem Betrachter zugewandt dargestellt. Auf der zweiteiligen Einhausung 15 sind die erste Wicklung 4 und die zweite Wicklung 5 aufgebracht. Die Enden der Wicklungen 4 und 5 sind mit einer Montageplatte 11 verbunden, wobei die Montageplatte 11 Anschlussstifte 13 aufweist. Die Anschlussstifte 13 sind elektrisch leitfähig mit Kontaktflächen oder Leiterzügen auf der Steuerplatine 21 eines Umrichters gekoppelt. Die zweiteilige Einhausung 15 ist mittels eines Klebstoffs 12 mit der Montageplatte 11 verbunden. Zudem ist die Drosselanordnung 1 in einer die Drosselanordnung 1 umhüllenden Aufnahme 22 angeordnet. Die Aufnahme 22 weist mindestens eine U-förmige Halterung 23 zum Aufnehmen und Fixieren des Isolationsstegs 19 auf. Zur zusätzlichen Fixierung kann der Isolationssteg 19 mit der U-förmige Halterung 23 mittels eines Klebstoffs 12 verklebt werden. Damit wird eine robuste Anordnung der Drosselanordnung 1 an der Steuerplatine 21 eines Umrichters gewährleistet.
In 7 ist eine zur Platzierung der zweiteiligen Einhausung 15 geeignete Aufnahme 22 dargestellt. Die Aufnahme 22 weist an drei Innenseiten je eine U-förmige Halterung 23 auf. In die U-förmige Halterung 23 kann die zweiteilige Einhausung 15 mittels des sich über den Außendurchmesser erstreckenden Isolationsstegs 19 eingeschoben werden. Damit wird eine Fixierung der zweiteiligen Einhausung 15 in der Aufnahme 22 erreicht. Ein Verkleben des Isolationsstegs 19 in der U-förmigen Halterung 23 kann ebenfalls vorgesehen werden.
Die U-förmige Halterung 23 ermöglicht somit eine stabile Fixierung der zweiteiligen Einhausung 15. Darüber hinaus wird die Isolation der beiden Wicklungen 4, 5 voneinander weiter verbessert, da sich zwischen den Wicklungen 4, 5 keine Luftstrecke mehr ausbilden kann. Die Aufnahme 22 kann mit einer in der 7 nicht dargestellten Steuerplatine 21 eines Umrichters verschraubt oder verklebt werden.
In 8 ist der Vorgang des Einbringens der erfindungsgemäßen Drosselanordnung 1, vereinfacht ohne die Wicklungen 4, 5, in die Aufnahme 22 dargestellt. Die Drosselanordnung 1 wird mittels des Isolationsstegs 19 in die U-förmige Halterung 23 der Aufnahme 22 eingeschoben. Nachfolgend wird die Aufnahme 22 beispielsweise an der Unterseite einer Steuerplatine 21 eines Umrichters angeordnet. Der Pfeil verdeutlicht das Einschieben der zweiteiligen Einhausung 15 in die Aufnahme 22. Durch das Einschieben der Drosselanordnung 1 mit dem Isolationssteg 19 in die U-förmige Halterung 23 der Aufnahme 22 wird eine sehr exakte Positionierung der Drosselanordnung 1 ohne zusätzlich notwendige Mittel oder ohne zusätzliche Montagearbeiten erreicht. Außerdem wird durch das Zusammenwirken des Isolationsstegs 19 mit der U-förmigen Halterung 23 die Isolation zwischen der ersten Wicklung 4 und der zweiten Wicklung 5 stark verbessert. Die Technik des Einschiebens der Drosselanordnung 1 in die U-förmige Halterung 23 reduziert nicht nur die benötigte Montagezeit zur Fixierung der Drosselanordnung 1, sondern ermöglicht auch eine automatische Montage oder Fertigung der Baugruppen oder Teilbaugruppen, welche mit der Drosselanordnung 1 in Verbindung stehen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Isolation der Wicklungen 4, 5 zueinander auf der erfindungsgemäßen Drosselanordnung 1 im Vergleich zum Stand der Technik verbessert wurde. Weiterhin wird eine robustere Umhüllung für den Ringkern 10 bereitgestellt, insbesondere für das Bewickeln des Ringkerns 10 mit den Drahtwindungen der Wicklungen 4, 5.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Vereinfachung des Aufwands für die Herstellung der Halbschalen 16, 17 der zweiteiligen Einhausung 15 durch deren formgleiche Ausführung. Somit können beide Halbschalen 16, 17 beispielsweise mittels eines einzigen Spritzgusswerkzeuges hergestellt werden.
Durch die spezielle Gestaltung der erfindungsgemäßen zweiteiligen Einhausung 15 und die Integration des Isolationsstegs 19 in die Halbschalen 16, 17 werden die Stabilität und die Vibrationsfestigkeit der Drosselanordnung 1 verbessert.
Weiterhin können durch eine Aufnahme der Drosselanordnung 1 mit der zweiteiligen Einhausung 15 in einen speziellen Rahmen eine bessere Abkapselung und eine weitere Verbesserung der Isolationseigenschaften erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Drosselanordnung
1': Stand der Technik Drossel
2: Umrichter (Inverter)
3: Eingang (HV+ / HV-)
4: erste Wicklung L₁
5: zweite Wicklung L₂
6: erster Kondensator C₁
7: zweiter Kondensator C₂
8: dritter Kondensator C₃
9: vierter Kondensator C₄
10: Ringkern
11: Montageplatte
12: Klebstoff
13: Anschlussstift
14: Isolationsplatte (nach Stand der Technik)
15: zweiteilige Einhausung
16: erste Halbschale
17: zweite Halbschale
18: Trennstelle
19: Isolationssteg
20: Stufung
21: Steuerplatine eines Umrichters
22: Aufnahme
23: U-förmige Halterung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2016/0336846 A [0022]

Claims

Drosselanordnung (1), zum Einsatz in einem EMV-Filter, umfassend einen Ringkern (10) und mindestens zwei Wicklungen (4, 5), welche auf dem Ringkern (10) elektrisch voneinander getrennt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass um den Ringkern (10) eine zweiteilige Einhausung (15) angeordnet ist und dass in der zweiteiligen Einhausung (15) ein Isolationssteg (19) angeordnet ist.
Drosselanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiteilige Einhausung (15) aus zwei gleichartig geformten Halbschalen (16, 17) gebildet wird, welche mit ihren Trennstellen (18) zueinander ausgerichtet angeordnet sind.
Drosselanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstellen (18) der gleichartig geformten Halbschalen (16, 17) flach oder gestuft ausgeführt sind.
Drosselanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationssteg (19) im Innendurchmesser der zweiteiligen Einhausung (15) und über den Außendurchmesser der zweiteiligen Einhausung (15) herausragend angeordnet ist.
Drosselanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Drahtenden der Wicklungen (4, 5) der Drosselanordnung (1) fixierende Montageplatte (11) angeordnet ist.
Drosselanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Montageplatte (11) Anschlussstifte (13) angeordnet sind.
Drosselanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (4, 5) auf der zweiteiligen Einhausung (15) angeordnet sind.
Aufnahme (22) für eine Drosselanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselanordnung (1) in einer die Drosselanordnung (1) umgebenden und fixierenden Aufnahme (22) angeordnet ist.
Aufnahme (22) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (22) eine U-förmige Halterung (23) aufweist, in welcher der über den Außendurchmesser der zweiteiligen Einhausung (15) herausragende Teil des Isolationsstegs (19) angeordnet wird.
Aufnahme (22) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmige Halterung (23) über drei Innenseiten der Aufnahme (22) erstreckend angeordnet ist.
Aufnahme (22) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselanordnung (1) eine durch ein Einschieben mit dem Isolationssteg (19) in die U-förmigen Halterung (23) der Aufnahme (22) anordenbare Drosselanordnung (1) ist.