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Es werden eine Spulenkörperschale und ein Spulenkörper mit zwei gegenüberliegenden Spulenkörperschalen beschrieben. Die Spulenkörperschalen sind z.B. zur Aufnahme von Blechpaketen und/oder magnetisierbaren Kerne, wie bspw. Ferritkernen, ausgebildet. Zwischen den Spulenkörperschalen eines Spulenkörpers können Blechpakete aufgenommen werden. Ein Spulenkörper mit dazwischen aufgenommenen Blechpaketen kann mit einer Wicklung umgeben und beispielsweise für Wickelgüter, Drosselspulen und andere Induktionsgeräte verwendet werden. Wickelgüter können bspw. Transformatoren umfassen.
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Stand der Technik
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Blechpakete für Spulenkörper bestehen aus einer Vielzahl von Blechen, die übereinander angeordnet sind. In der Regel weist ein Spulenkörper mindestens einen Stapel eines Blechpakets auf. Zwei Blechpakete können über Abstandshalter voneinander getrennt werden. An den abgewandten Bereichen der Blechpakte werden diese beispielsweise in einem späteren Verfahrensschritt mit einem Joch verbunden. Gängige Maßnahmen Blechpakete miteinander zu verbinden umfassen beispielsweise das Bandagieren. Die Bandagen liegen außen am Blechpaket an und können als Klebebänder ausgebildet sein. Anschließend werden die Blechpakete zwischen zwei Leisten aufgenommen. Die Leisten können wiederum mittels Bandagen zusammengehalten werden.
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Im Bereich der Verbindungsstellen, d. h. an den Kanten zwischen den einzelnen Leisten, können Abstandselemente aufgesetzt werden. Diese Abstandselemente werden dann mit einem Klebeband umwickelt, sodass ein relativ fester Verbund bereitgestellt wird. Dieser Zusammenbau kann anschließend auf ein Joch aufgesetzt mit einer Wicklung versehen werden.
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Aus
DE 12 89 913 A ist es bspw. bekannt, zur Pressung und Halterung von geschichteten Eisenkernen Presselemente aus nichtmetallischen Werkstoffen durch Zugfäden aus hochfestem Material zu verstärken und/oder miteinander zu verspannen.
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Zusätzlich weisen die Leisten, welche die Blechpakete überstehen, Öffnungen auf, durch welche Schrauben eingesetzt werden können. Über die Schrauben können die Spulenkörper fest mit einem Joch verbunden werden. Hierzu weist das Joch eine korrespondierende Öffnung auf, durch welche die Schraube geführt wird.
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Solche Spulenkörper weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. Zum einen können die Blechpakete während der Montage und der Befestigung verrutschen. Zum anderen müssen eine Vielzahl von einzelnen Komponenten, wie Leisten, Klebebänder und Abstandselemente eingesetzt und ausgerichtet werden. Die Kosten zur Bereitstellung eines solchen Spulenkörpers sind daher ebenfalls erhöht.
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Darüber hinaus ist aus
DE 2 412 622 A eine Halterung für Drosselspulen bekannt, wobei die Halterung einen Drosselspulenkörper mit einer Spulenanordnung sowie eine Packung von dünnen Blechscheiben umgibt. Die Halterung umfasst einen Einfassungs- oder Umklammerungskanal sowie eine Grundplatte für die Verankerung. Im verbauten Zustand umgreift der Umklammerungskanal den Drosselspulenkörper und wird mit der Grundplatte verrastet. Der Drosselspulenkörper wird sowohl über Rastelemente in der Grundplatte als auch über Rastelemente in dem Umklammerungskanal fest in Position gehalten.
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Eine solche Vorrichtung ist jedoch nur für einen Drosselspulenkörper mit einer Spulenanordnung verwendbar und gibt keine Lösung zur sicheren Befestigung von Blechpaketen, beispielsweise für eine weitere Montage an einem Joch, an.
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Aufgabe
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Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen besteht die Aufgabe darin, eine Lösung anzugeben, Blechpakete sicher, einfach und kostengünstig zu positionieren, zu arretieren und für einen Einbau in Wickelgütern, Drosselspulen und sonstigen Induktionsgeräten zu einer Einheit zusammen zu führen, wobei insbesondere der Einsatzbereich für Spulenkörper vergrößert wird.
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Lösung
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Spulenkörperschale zur Aufnahme von Blechpaketen oder magnetisierbaren Kernen gelöst, aufweisend eine Grundplatte und seitlich ersteckende Verbindungsabschnitte, die orthogonal zur Grundplatte sich ersteckende, gegenüberliegende Wandabschnitte aufweisen, wobei die Grundplatte an den Wandabschnitten verlaufende Rinnen aufweist, die zur Aufnahme von Seitenwänden ausgebildet sind.
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Die Ausbildung der Rinnen ermöglicht es die Spulenkörperschale zur Ausbildung von Spulenkörpern mit einer verschiedenen Anzahl von Blechpaketen oder magnetisierbaren Kernen zu verwenden. Es können daher Spulenkörperschalen hergestellt werden, die als universell einsetzbare Schalenteile für verschiedene Einsatzzwecke und Dicken der Blechpakete oder magnetisierbaren Kerne, z.B. Ferritkerne, verwendet werden. Die Rinnen ermöglichen das Einsetzen von Seitenwänden, welche in Abhängigkeit der entsprechenden Höhe der Blechpakete/Kerne verwendet werden. Es ist daher lediglich notwendig, entsprechend hohe Seitenwände einzubringen. Die Spulenkörperschalen selbst können für verschieden Anwendungen gleich ausgestaltet sein. Hierdurch wird ein erheblicher Vorteil erzielt, da für verschiedene Einsatzzwecke keine unterschiedlichen Spulenkörperschalen hergestellt werden müssen.
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Die Spulenkörperschalen und die einsetzbaren Seitenwände können aus Kunststoff bestehen und in einem Spritzgussprozess in hoher Stückzahl kostengünstig und schnell hergestellt werden. Dem Kunststoff können Zusätze beigemischt sein, beispielsweise Glasfasern und ähnliche, sodass die fertigen Spulenkörperschalen und Seitenwände im Hinblick auf ihre mechanischen Eigenschaften (zum Beispiel Festigkeit und/oder Temperaturfestigkeit) verbesserte Werte aufweisen. Die Zusätze sowie der Kunststoff beeinflussen das magnetische Feld nicht, da diese nicht elektrisch leitend und/oder magnetisierbar sind.
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Die verwendeten Kunststoffe können als Isolatoren und dabei auch zur Bereitstellung eines Luftspalts dienen.
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Die Rinnen können innerhalb der Fläche der Grundplatte angeordnet sein oder die Grundplatte seitlich überstehen. Wird auf eine Spulenkörperschale beispielsweise eine zweite Spulenkörperschale aufgesetzt, wobei deren Wandabschnitte als Seitenwände ausgebildet sind und beispielsweise eine größere Höhe aufweisen, so können sich die Rinnen vorzugsweise innerhalb der Fläche der Grundplatte erstrecken. Bei Anordnungen mit Spulenkörperschalen, wobei Seitenwände als separate Bauteile eingesetzt werden, überstehen die Rinnen vorzugsweise die Grundplatte, sodass die Seitenwände auch dann seitlich eingeschoben werden können, wenn bereits Blechpakete aufgenommen werden. Es ist dadurch möglich, Blechpakete auf eine Spulenkörperschale aufzubringen und anschließend eine zweite Spulenkörperschale auf die Blechpakete aufzusetzen. Danach werden die Seitenwände eingeschoben, wobei das Einschieben zwischen die Blechpakete und die gegenüberliegenden Wandabschnitte der Spulenkörperschalen erfolgt.
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Die Grundplatte kann mindestens eine sich längs der Grundplatte erstreckende Vertiefung, zweite Rinne, Erhebung, Steg und/oder eine Finne aufweisen. Diese Ausgestaltungen können zum einen der Versteifung der Struktur der Spulenkörperschale dienen. Dadurch werden die mechanischen Eigenschaften der Spulenkörperschalen verbessert. Zum anderen ermöglichen beispielsweise Vertiefungen auf einer Innenseite der Grundplatte die Aufnahme von weiteren Elementen, wie beispielsweise Abstandselementen, oder zur Aufnahme von Temperatursensoren. Im Weiteren können Vertiefungen auch zur Belüftung dienen. Darüber hinaus ermöglichen Erhebungen oder eine auf der Außenseite aufgebrachte Finne ebenfalls das Einbringen von Temperatursensoren oder dienen zur Kühlung, wobei beispielsweise Luftkanäle gebildet werden oder eine Finne einen Kanal zur Zuführung eines separaten Kühlmittels aufweisen kann. Über Erhebungen und Stege können ebenfalls Abstandselemente gehalten werden.
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Die Verbindungsabschnitte sind vorzugsweise so ausgebildet, dass diese abgerundet sind und eine Abrundung an der Außenseite der Spulenkörperschale aufweisen. Eine Finne kann beispielsweise sich dann im Wesentlichen so weit an der Außenseite von der Oberfläche der Grundplatte weg erstrecken, dass diese bündig mit dem Abstand/der Höhe der Verbindungsabschnitte abschließt. Zwischen der Finne und den Verbindungsabschnitten werden daher ebenfalls Kanäle ausgebildet, die als Kühlkanäle oder zur Aufnahme von Messeinrichtungen (zum Beispiel Temperatursensor) dienen können.
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In weiteren Ausführungsformen können eine Finne oder ähnliche Elemente eine größere oder eine geringere Höhe aufweisen als die Verbindungselemente. Finnen mit einer größeren Höhe können einen Druck erzeugen.
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Eine Finne oder andere Elemente, wie z.B. Stege etc., können im Weiteren dazu dienen, um beim Wickeln Druck aufzubauen/zu erzeugen. Die Wicklung wird über die Finne geführt und angezogen, sodass die Finne die Spulenkörperschale(n) auf die Blechpakete presst. Hierdurch wird eine Geräuschreduzierung (im Betrieb) erreicht. Zugleich wird die mechanische Festigkeit erhöht.
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In weiteren Ausführungsformen können Vertiefungen auf der Innenseite der Grundplatte vorgesehen sein, die zur Aufnahme von Abstandelementen dienen. Die Abstandselemente können abstehende Teile aufweisen, die in die Vertiefungen ragen. Im Weiteren können auch Abstandselemente in umlaufenden Nuten oder Schlitzen aufgenommen werden. Abstandselemente können sowohl zwischen Blechpaketen als auch am Rand der Blechpakete angeordnet sein, sodass die Blechpakete innerhalb eines Spulenkörpers mit zwei gegenüberliegenden Spulenkörperschalen von außen abgeschirmt sind.
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Die Wandabschnitte können Seitenwände ausbilden. Solche Ausführungen ermöglichen das Aufsetzen einer Spulenkörperschale mit ausgebildeten Seitenwänden auf eine Spulenkörperschale ohne solche Seitenwände, wobei die Seitenwände in die Rinnen der einen Spulenkörperschale eingesetzt werden. Zusätzliche einschiebbare Seitenelemente sind daher nicht erforderlich. Solche Ausführungen eignen sich insbesondere für Spulenkörper mit einer geringen Höhe der Blechpakete und damit des Spulenkörpers.
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In die Rinnen können auch Seitenwände eingesetzt werden, welche als separate Bauteile vorgesehen sind. Die Höhe der verwendeten Seitenwände hängt von der Höhe der Blechpakete ab.
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Die Seitenwände und/oder die Grundplatte können Öffnungen aufweisen, welche zur Aufnahme von Abstandselementen dienen. Hierüber lassen sich die Abstandselemente an definierten Positionen mit den Spulenkörperschalen verbinden, sodass im zusammengebauten Zustand der Spulenkörperschalen die Ausrichtung und Position der Blechpakete definiert ist. Im Weiteren wird schon während der Montage die Position der Blechpakete festgelegt. Ein Verrutschen, wie es beispielsweise durch ein Bandagieren möglich ist, wird daher ausgeschlossen.
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In die Öffnungen der Spulenkörperschale kann mindestens ein Abstandselement eingesetzt sein. Abstandselemente befinden sich vorzugsweise zwischen zwei in einer Spulenkörperschale aufgenommenen Blechpaketen und/oder an den gegenüberliegenden Enden eines oder mehrerer Blechpakete.
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Die Seitenwände können beabstandet zu Endbereichen der Grundplatte enden, wobei die Endbereiche der Grundplatte in weiteren Ausführungen Öffnungen aufweisen können. In Ausführungen ohne Öffnungen können die Spulenkörperschalen an ihren Enden verspannt oder von außen verklemmt werden.
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Die Öffnungen dienen zur Befestigung der Spulenkörperschale und der dadurch gebildeten Spulenkörper an weiteren Elementen von beispielsweise Netzdrosseln, Anordnungen mit Wickelgütern und anderen Induktionsgeräten. Beispielsweise können Spulenkörper an einem Joch über Befestigungselemente (zum Beispiel Schrauben) befestigt werden.
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Die Verbindungsabschnitte können als verdickt ausgebildete Abschnitte ausgebildet sein. Über diese ist daher eine gezielte Luftführung nicht nur zwischen den Verbindungsabschnitten einer Spulenkörperschale sondern auch zwischen gegenüberliegenden Verbindungsabschnitten zweier gegenüberliegender Spulenkörperschalen möglich. Eine Wicklung wird von außen über die Verbindungsabschnitte geführt, wobei die verdickt ausgebildeten Abschnitte (Verbindungsabschnitte) damit eine Luftzufuhr an vier Seiten ermöglichen.
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Damit sind eine verbesserte Belüftung und ein hoher Wärmeabtransport möglich.
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In weiteren Ausführungsformen können die gegenüberliegenden Wandabschnitte/Seitenwände und/oder die Grundplatte Elemente zur Aufnahme von Blechpaketen aufweisen, wobei die Elemente dazu dienen, Blechpakete in Position relativ zueinander und/oder relativ zur Spulenkörperschale zu halten.
Die Endbereiche der Grundplatte überstehen die Seitenwände, wobei die Seitenwände in der Regel eine solche Länge aufweisen, dass diese mit den einander abgewandten Seiten der Blechpakete bündig abschließen.
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Die Ausbildung der Verbindungsabschnitte als verdickt ausgebildete Abschnitte bietet zudem den Vorteil, dass auf gesonderte Distanzelemente zur Bereitstellung eines Abstands zwischen den Blechpaketen und aufgebrachten Wicklungen verzichtet werden kann.
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Die Versteifungen in den Spulenkörperschalen und/oder Seitenwänden durch spezielle Zusätze eines Kunststoffs oder die Ausbildung von Erhebungen/Vertiefungen bzw. Finnen und Rinnen ermöglicht es Spulenkörper in einem größeren Arbeitsbereich einzusetzen, als dies durch ähnliche Größenordnungen im Stand der Technik möglich war, da den hohen Kräften, erzeugt durch das elektromagnetische Feld, ein größerer Widerstand entgegengesetzt wird. Des Weiteren kann damit die mechanische Belastung beim Wickeln erhöht werden. Das Einbringen von Zusätzen in den Kunststoff bietet daher die Möglichkeit, eine kleinere Spulenanordnung für einen höheren Lastbereich einzusetzen. Der verwendete Kunststoff der Spulenkörperschalen und der Seitenwände kann höhere Temperaturen und mechanische Belastungen aushalten als bekannte Anordnungen aus dem Stand der Technik. Die Einhaltung von Luft und Kriechstrecken ist einfacher realisierbar. Außerdem ist eine höhere Durchschlagsfestigkeit erzielbar.
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Eine der Öffnungen kann kreisförmig und die andere Öffnung in den Endbereichen der Grundplatte kann eine längliche Form aufweisen. Die kreisförmige Öffnung ermöglicht eine positionsgenaue Befestigung an einem Joch und die längliche Öffnung ermöglicht einen Toleranzausgleich, wobei eine Schraube in der länglichen Öffnung verlagert werden kann. Solche Spulenkörper werden oftmals zwischen zwei Jochteilen angeordnet. Die Spulenkörper liegen dabei so auf einem unteren Joch auf, dass die Blechpakete mit dem unteren Joch in Kontakt stehen. Anschließend wird der Spulenkörper über die Öffnungen und ein Befestigungsmittel, wie beispielsweise eine Schraube, und korrespondierende Öffnungen in dem unteren Joch verbunden. Anschließend wird ein zweites Joch auf die oberen Blechpakete aufgesetzt. Die Verbindung des Spulenkörpers mit dem oberen Joch erfolgt dann über die länglichen Öffnungen und ein weiteres Befestigungsmittel, wie beispielsweise eine Schraube, und korrespondierende Öffnungen in dem oberen Joch. Das obere Joch weist eine im Wesentlichen kreisförmige Öffnung auf, sodass über die länglichen Öffnungen in den Endbereichen der Grundplatten eine Ausrichtung und ein Toleranzausgleich bereitgestellt werden. Hierüber sind eine sichere Befestigung und Ausrichtung (mit und ohne einen Luftspalt) zwischen den Blechpaketen und den Jochblechen möglich.
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In weiteren Ausführungsformen können anstelle der Abstandselemente auch Elemente an den gegenüberliegenden Wandabschnitten oder den Seitenwänden bzw. der Grundplatte angeformt sein, die zur Ausbildung eines Luftspalts und zur Einstellung der Position von Blechpaketen dienen.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch einen Spulenkörper mit zwei Spulenkörperschalen der vorstehend beschriebenen Varianten gelöst, wobei eine der Spulenkörperschalen Seitenwände aufweist und die Seitenwände in den Rinnen einer gegenüberliegenden Spulenkörperschale eingesetzt sind oder in die Rinnen von gegenüberliegenden Spulenkörperschalen Seitenwände eingesetzt sind, wobei zwischen den Spulenkörperschalen mindestens ein Blechpaket oder magnetisierbarer Kern aufgenommen ist und das mindestens eine Blechpaket oder der mindestens eine Kern an den Grundplatten und den Seitenwänden anliegen.
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Blechpakete oder Kerne können über Abstandselemente voneinander getrennt sein, die in Öffnungen in den Seitenwänden und/oder in Öffnungen/Vertiefungen in den Grundplatten aufgenommen sind. Die Öffnungen können insbesondere so ausgebildet sein, dass diese eine definierte Position der Abstandselemente gewährleisten. Im verbundenen Zustand der Spulenkörperschalen, der Abstandselemente und der Blechpakete/Kerne ist daher sowohl die Position der Abstandselemente als auch die Position der Blechpakete/Kerne vorgegeben. In einem anschließenden Verbindungsschritt, wobei die Spulenkörperschalen von außen miteinander befestigt werden, zum Beispiel durch Bandagieren oder mittels Wärmeeintrag, wobei ein bereichsweises Verschmelzen der Komponenten (Spulenkörperschale, Seitenwand) auftritt, sind die Blechpakete/Kerne definiert zueinander ausgerichtet und verrutschen nicht.
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Die Verbindung mittels Wärmeeintrag kann durch eine entsprechende Ausbildung der Spulenkörperschalen und/oder Seitenwände erfolgen. Diese können in einem 2-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt werden, wobei die aufzuschmelzende Komponente einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als die restlichen Bestandteile der Spulenkörperschalen bzw. Seitenwände. Vorzugsweise können daher die Rinnen aus einem leichter schmelzbaren Kunststoff bestehen. Alternativ oder zusätzlich dazu können insbesondere die Seitenwände an den Anlageflächen und/oder den Kanten aus einem leichter schmelzbaren Kunststoff bestehen.
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In weiteren Ausführungsformen kann der Kunststoff auch Einlegeteile aufweisen, welche die Struktur und die mechanischen Eigenschaften der Spulenkörperschalen und/oder Seitenwände verbessern. Solche Einlegeteile sind insbesondere elektrisch nichtleitend und bestehen aus keinem magnetisierbaren Material. Dadurch werden die elektrischen und elektromagnetischen Eigenschaften eines Spulenkörpers nicht beeinflusst.
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Die Spulenkörperschalen können in weiteren Ausführungsformen über mindestens eine Klammer zusammengehalten sein, wobei die Klammer Schenkel und eine die Schenkel verbindende Basis aufweist, wobei Schenkel der Klammer jeweils die Verbindungsabschnitte der gegenüberliegenden Spulenkörperschalen überspannen und die Basis der Klammer die Rückseite einer Grundplatte überspannt, wobei die freien Enden der Schenkel die Verbindungsabschnitte umgreifen und eine der äußeren der Gestalt der Verbindungsabschnitte entsprechende Krümmung aufweisen.
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Die Klammern können wie auch die Abstandselemente aus Kunststoff bestehen und sind daher kostengünstig und schnell herstellbar. Auch in den Kunststoffen für die Abstandselemente und den Klammern können Zusätze beigemischt sein.
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Die Klammern ermöglichen eine einfache Montage, wobei auf Bandagieren und ähnliches verzichtet werden kann. Nach dem Zusammenbau zweier Spulenkörperschalen und den dazwischen angeordneten Blechpaketen/Kernen bzw. Abstandselementen und Seitenwänden werden die Klammern von außen aufgebracht, wobei diese die Spulenkörperschalen umgreifen. Die freien Enden der Schenkel sind entsprechend der Gestalt der Verbindungsabschnitte ausgebildet, wobei diese vorzugsweise eine der Krümmung der Verbindungsabschnitte entsprechende innere Form aufweisen.
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In weiteren Ausführungsformen kann auf Seitenwände verzichtet werden, wenn je Blechpaket/Kern mindestens eine Klammer vorgesehen ist, die einer seitlichen Verlagerung der Blechpakete entgegenwirkt.
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In noch weiteren Ausführungsformen können die Klammern Stege oder Stifte an ihrer Außenseite aufweisen, welche als Abstandselemente dienen und Wicklungshilfen für einen umwickelten Draht bereitstellen. Der Draht wird von außen auf die Anordnung aufgebracht und entsprechend der gewünschten Ausführungen über die Spulenkörperschalen gewickelt. In weiteren Ausführungsformen können zwei Klammern zwischen sich einen Wicklungsabschnitt definieren. Vorzugsweise können die Klammern auch eine solche Höhe bzw. Dicke aufweisen, dass der fertig umwickelte Spulenkörper eine Wicklung aufweist, die mit der Oberfläche der Klammern bündig abschließt. Die Klammern können insbesondere an ihren äußeren Übergängen von den Schenkeln zu dem Basisabschnitt und den freien Enden eine Krümmung aufweisen. Nach dem Umwickeln kann daher auch in den Eckbereichen bzw. im Bereich der Verbindungsabschnitte ein bündiger Abschluss zwischen den Wicklungen und den Klammern bereitgestellt werden.
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In weiteren Ausführungsformen können die Klammern auch eine sehr geringe Höhe aufweisen, sodass über die Fläche der Grundplatte bzw. der Spulenkörperschalen aufgrund der Klammern keine Beeinträchtigungen des magnetischen Felds auftreten, wenn die Klammer mit umwickelt wird. Die Höhe der Klammer kann daher beispielsweise ein bis zwei Wicklungen betragen, wobei die Wicklungshöhe dabei dem Durchmesser des verwendeten Drahts entspricht.
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In alternativen Ausführungen kann die Klammer auch Ausbuchtungen aufweisen. Die Ausbuchtungen ermöglichen eine direkte Anlage der Drähte einer Wicklung an der äußeren Oberfläche der Spulenkörperschale im Bereich der Ausbuchtungen. In noch weiteren Ausführungsformen kann eine Klammer auch eine Schräge aufweisen, wobei die Schräge parallel zu den Wicklungen verläuft. Dies dient zur Unterstützung beim automatisierten Umwickeln eines Spulenkörpers. Die gezielte Anordnung der Klammern ermöglicht eine ungehinderte Luftführung (von allen Seiten).
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In noch weiteren Ausführungsformen ist es möglich, Blechpakete nicht stapelweise übereinander und parallel zu den gegenüberliegenden Spulenkörperschalen anzuordnen, sondern um 90° versetzt hierzu. Dabei können die äußeren Bleche der Blechpakete selbst als Wand für den Spulenkörper dienen.
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In weiteren Ausführungen kann mindestens eine Spulenkörperschale eine an der Außenseite angeordnete Finne aufweisen, welche eine dem Wicklungsbereich entsprechende Länge aufweist. Die Finne definiert daher den Wicklungsbereich. Die Öffnungen des Kanals in der Finne sind dabei nicht von der Wicklung umgeben und liegen somit zur Kühlung oder Aufnahme von Messeinrichtungen frei.
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In noch weiteren Ausführungen kann mindestens eine Spulenkörperschale eine an der Außenseite angeordnete Finne aufweisen, welche von der Außenseite weiter absteht als die Verbindungsabschnitte, wodurch über eine Wicklung Druck auf die Finne und den Spulenkörper ausübbar ist.
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Die vorstehend beschriebenen Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten, die insbesondere in Bezug auf die Spulenkörperschalen angegeben worden sind, gelten in entsprechender Weise auch für Spulenkörper mit zwei Spulenkörperschalen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Netzdrossel mit drei Spulenkörpern;
- 2 perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale einer ersten Ausführungsform;
- 3 perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale einer zweiten Ausführungsform;
- 4 perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale einer dritten Ausführungsform;
- 5 perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale einer vierten Ausführungsform;
- 6 perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale einer fünften Ausführungsform;
- 7 eine perspektivische Darstellung von Seitenwänden zum Einsetzen in Spulenkörperschalen;
- 8 eine perspektivische Darstellung eines Abstandselements;
- 9 eine perspektivische Darstellung einer Klammer;
- 10 eine Vorderansicht eines Abstandselements einer weiteren Ausführungsform; und
- 11 perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale einer sechsten Ausführungsform.
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In den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehene Elemente entsprechen im Wesentlichen einander, sofern nichts anderes angegeben ist. Darüber hinaus wird darauf verzichtet, Bestandteile zu zeigen und zu beschreiben, welche nicht wesentlich zum Verständnis der hierin offenbarten technischen Lehre sind. Im Weiteren werden nicht für alle bereits eingeführten und dargestellten Elemente die Bezugszeichen wiederholt, sofern die Elemente selbst und deren Funktion bereits beschrieben wurden oder für einen Fachmann bekannt sind.
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Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Netzdrossel 100 mit drei Spulenkörpern 80, die jeweils mit einem Joch 90 verbunden sind. Die Verbindung erfolgt über die Endbereiche 18, 20 von Grundplatten 12 der Spulenkörper 80 und entsprechenden Befestigungselementen, wie beispielsweise Schrauben. Die Netzdrossel 100 dient unter Anderem zur Dämpfung von Oberschwingungsströmen, zur Anlaufstrombegrenzung und/oder zur Filterung, vorzugsweise von Oberwellen.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen von Spulenkörperschalen 10 beschrieben, die zur Ausbildung von Spulenkörpern 80 verwendet werden können.
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2 zeigt perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale 10 einer ersten Ausführungsform. In 2 ist sowohl die Rückseite 14 der Spulenkörperschale 10 als auch die Innenseite gezeigt. Von außen betrachtet weist die Grundplatte 12 eine sich längs erstreckende Erhebung 16 auf. Auf der Innenseite befindet sich im Bereich der Erhebung 16 eine zweite Rinne 30. Die Erhebung 16 bzw. die zweite Rinne 30 dienen zur Versteifung der Grundplatte 12. Parallel zu der Erhebung 16 erstrecken sich Verbindungsabschnitte 26, die als verdickt ausgebildete Abschnitte ausgebildet sind. Im Wesentlichen sind die Verbindungsabschnitte 26 abgerundet. Im Bereich der Innenseite der Grundplatte 12 weisen die Verbindungsabschnitte 26 gegenüberliegende Wandabschnitte 32 auf. An den Wandabschnitten 32 erstrecken sich im Übergang zur Grundplatte 12 erste Rinnen 34. Die Rinnen 34 dienen zur Aufnahme von Seitenwänden 40, wie sie beispielsweise in 7 gezeigt sind. Die Seitenwände 40 können von oben in die Rinnen 34 eingesetzt oder seitlich in die Rinne 34 eingeschoben werden.
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Die Spulenkörperschale 10 wird in einem Spritzgussprozess aus einem Kunststoff hergestellt. Den Kunststoff können Zusätze beigemischt sein, sodass die Spulenkörperschale 10 für den jeweiligen Einsatz geforderte mechanische Eigenschaften (zum Beispiel Festigkeit und/oder Temperaturfestigkeit) aufweist.
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Zur Ausbildung von Spulenkörpern 80 werden auf die Grundplatte 12 einer Spulenkörperschale 10 zwei Blechpakete oder magnetisierbare Kerne, z.B. Ferritkerne, auf die Innenseite aufgesetzt. In weiteren nicht gezeigten Ausführungen können auch nur ein Blechpaket oder ein magnetisierbarer Kern oder mehrere Blechpakete oder magnetisierbare Kerne in einem Spulenkörper 80 aufgenommen werden. Die Blechpakete (in den Figuren nicht dargestellt) werden über ein Abstandselement, wie beispielsweise in 8 dargestellt, beabstandet zueinander gehalten. Anschließend oder davor können bereits in die Rinnen 34 Seitenwände 40 eingesetzt werden. In alternativen Ausführungen kann erst eine zweite Spulenkörperschale 10 aufgesetzt werden, wobei die Seitenwände 40 anschließend seitlich eingeschoben werden. Nach dem Zusammenbau der einzelnen Komponenten müssen die Spulenkörperschalen 10 mit den darin aufgenommenen Blechpaketen und Abstandselementen 50 fest miteinander verbunden werden. Hierzu können diese beispielsweise mit Bandagen umwickelt werden. In weiteren Ausführungsformen kann auch ein Aufschmelzen eines Kunststoffs erfolgen, wobei die Spulenkörperschalen 10 und/oder die Seitenwände 40 in einem 2-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt worden sind und eine Komponente mit einem geringeren Schmelzpunkt aufweisen.
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In noch weiteren Ausführungsformen werden die beiden Spulenkörperschalen 10 über Klammern 60 zusammengehalten, wie in 9 schematisch dargestellt. Zur Verbindung können mehrere Klammern 60 verwendet werden. Die Klammern 60 werden so auf zwei Spulenkörperschalen 10 aufgebracht, wie dies in 1 schematisch gezeigt ist. Die Anordnung von 1 zeigt für die beiden äußeren Spulenkörper 80 die Verwendung jeweils zweier Klammern 60, die dazwischen einen Aufnahmeraum für Wicklungen 70 definieren. Der mittlere Spulenkörper 80 weist vier Klammern 60 auf, die ebenfalls dazwischen einen Aufnahmeraum für die Wicklungen 70 bereitstellen. Die Klammern 60 an den jeweiligen Enden sind so angeordnet, dass diese gegenüberliegend ausgerichtet sind, wobei die Basis 62 einer Klammer 60 der Basis 62 einer benachbarten Klammer 60 gegenüberliegt. Die freien Enden 66 der Klammern 60 umgreifen die abgerundet ausgebildeten Verbindungsabschnitte 26. Hierzu sind die freien Enden 66 auf den Innenseiten korrespondierend ausgebildet, sodass eine vollständige Anlage erreicht wird.
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3 zeigt perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale 10 einer zweiten Ausführungsform. Die Spulenkörperschale 10 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Spulenkörperschale 10 der ersten Ausführungsform dadurch, dass die gegenüberliegenden Wandabschnitte 32 vergrößert sind und damit auch Seitenwände 38 ausbilden. Bei solchen Ausführungen kann auf separate Seitenwände 40 verzichtet werden. Zur Bereitstellung eines Spulenkörpers 80 können in eine Spulenkörperschale 10 der zweiten Ausführungsform Blechpakete eingesetzt werden, die beispielsweise über Abstandselemente 50 voneinander getrennt sind. Die Abstandselemente 50 können sich wie bereits für die erste Ausführungsform beschrieben, auch an den gegenüberliegenden Enden der Blechpakete und in den entsprechenden Aufnahmeöffnungen an den Seitenwänden 38 und/oder der Grundplatte 12 befinden. Anschließend wird eine Spulenkörperschale 10 der ersten Ausführungsform auf die Spulenkörperschale 10 der zweiten Ausführungsform aufgesetzt.
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Die Seitenwände 38 werden dann in den ersten Rinnen 34 aufgenommen. Anschließend kann wiederum eine Befestigung erfolgen, wobei auf die vorstehend genannten Maßnahmen verwiesen wird.
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Der so verbundene Spulenkörper wird anschließend mit einer Wicklung 70 versehen und für entsprechende Wickelgüter eingesetzt.
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4 zeigt perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale 10 einer dritten Ausführungsform. Die Spulenkörperschale 10 der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Spulenkörperschale 10 der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Grundplatte 12 die Verbindungsabschnitte 26 überragende Endabschnitte 18 und 20 aufweist. Die Endabschnitte 18 und 20 weisen Öffnungen 22 und 24 auf. Über die Öffnungen 22 und 24 erfolgt eine Befestigung mit Befestigungsmitteln, wie zum Beispiel Schrauben. Die Befestigung erfolgt wie für die Netzdrossel 100 in 1 gezeigt. Die Öffnungen 22 dienen zur Befestigung. Die Öffnungen 24 dienen ebenfalls zur Befestigung, ermöglichen jedoch einen Spielausgleich, da eine Verlagerung möglich ist. Nach einer exakten Ausrichtung und Positionierung können die Schrauben festgezogen werden. An der Rückseite 14 weist die Grundplatte 12 in den Endbereichen 18 und 20 Leisten 28 auf.
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Bei der in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsform von Spulenkörperschalen 10 können insbesondere an den gegenüberliegenden Enden der Blechpakete ebenfalls Abstandselemente 50 eingesetzt werden. Die Abstandselemente 50 definieren den Luftspalt und halten die Blechpakete in Position.
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5 zeigt perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale 10 einer vierten Ausführungsform. Die Spulenkörperschale 10 der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der Spulenkörperschale 10 der dritten Ausführungsform dadurch, dass die gegenüberliegenden Wandabschnitte 32 Seitenwände 38 ausbilden. Analog zu der bereits vorstehend beschriebenen Verbindung der Spulenkörperschalen 10 der ersten und zweiten Ausführungsform können in eine Spulenkörperschale 10 der vierten Ausführungsform Blechpakete und Abstandselemente 50 eingesetzt werden und anschließend auf diese Anordnung eine Spulenkörperschale 10 der dritten Ausführungsform aufgesetzt werden. Dabei gelangen die oberen Enden der Seitenwände 38 in die Rinnen 34.
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Die Verbindung der Spulenkörper 80 kann dann beispielsweise über Klammern 60 erfolgen.
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6 zeigt perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale 10 einer fünften Ausführungsform. Die Spulenkörperschale 10 der fünften Ausführungsform unterscheidet sich von der Spulenkörperschale 10 der dritten Ausführungsform durch die Ausbildung der zweiten Rinne 30. Diese weist drei Vertiefungen 36 auf. In weiteren nicht dargestellten Ausführungen können auch nur eine Vertiefung 36 oder mehrere Vertiefungen 36 vorgesehen sein.
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In die Vertiefungen 36 werden Abstandselemente 50 (wie in 8 gezeigt) oder andere Abstandselemente mit entsprechenden Halteelementen eingesetzt. Die Vertiefungen 36 dienen zur Aufnahme von Elementen der Abstandselemente 50, sodass über die Vertiefungen 36 die Abstandselemente 50 eine definierte Position einnehmen. Dadurch wird ein definierter Luftspalt zwischen zwei Blechpaketen und eine definierte Position der Blechpakete zu den Endabschnitten 16, 20 bereitgestellt. Zusätzlich werden in die Rinnen 34 Seitenwände 40 (wie in 7 gezeigt) eingesetzt. Anstelle von Seitenwänden 40 können auch Seitenwände 38 einer Spulenkörperschale 10 der vierten Ausführungsform in die Rinnen 34 eingesetzt werden.
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Die Spulenkörperschale 10 der fünften Ausführungsform weist an der Rückseite 14 eine Finne 37 mit einem durchgängigen runden Kanal auf. In diesen Kanal können beispielsweise Messeinrichtungen, wie ein Temperatursensor, eingebracht werden. In weiteren Ausführungsformen kann auch ein separates Kühlmittel durch diesen Kanal geführt werden.
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Die Finne 37 ist so hoch ausgebildet, wie die Verbindungsabschnitte 26. Dadurch wird die Befestigung über eine Klammer 60 nicht behindert. Zudem wird nach dem Umwickeln eines Spulenkörpers 80 zwischen der Finne 37 und dem benachbarten Verbindungsabschnitten 26 jeweils ein Kanal ausgebildet, der eine Luftzufuhr und damit Kühlung ermöglicht. Die Wicklung 70 wird über die Länge der Finne 37 aufgebracht. Die Finne 37 definiert somit den Wicklungsbereich. Die Öffnungen des Kanals der Finne 37 bleiben dabei auch frei.
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In weiteren nicht dargestellten Ausführungen kann die Finne 37, je nach Anforderung, auch eine geringere oder eine größere Höhe aufweisen als die Verbindungsabschnitte 26.
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7 zeigt perspektivische Darstellungen einer Seitenwand 40. Die Seitenwand 40 weist auf der Innenseite 42 im mittleren Abschnitt eine Leiste 46 auf. Die Leiste 46 dient als Verbindungselement zur Aufnahme und Befestigung eines Abstandselements 50. Hierzu weist die Leiste 46 Öffnungen 48 auf. In die Öffnungen 48 können seitlich abstehende Laschen eines Abstandselements 50 eingesetzt werden. Das in 8 dargestellte Abstandselement 50 weist keine solchen Laschen auf.
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Die Leisten 46 zweier gegenüberliegender Seitenwände 40 dienen bereits als Abstandselemente für Blechpakete. Über separate Abstandselemente 50 wird der Luftspalt zusätzlich gesichert. Anders als in 7 dargestellt, können Seitenwände 40 auch an ihren Enden parallel zu der Leiste 46 verlaufende Leisten aufweisen. Hierüber können Blechpakete oder magnetisierbare Kerne über die drei Abstandselemente sicher in Position gehalten werden.
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In weiteren nicht dargestellten Ausführungen können auch nur ein Abstandselement 50, zwei Abstandselemente 50 oder mehr als drei Abstandselemente 50, je nach Anzahl der Blechpakete oder magnetisierbaren Kerne und der erforderlichen Lage- und Abstandserfordernisse, vorgesehen sein.
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An der Außenseite 44 weisen die Seitenwände 40 zwei sich parallel zu den Verbindungsabschnitten 26 und den Rinnen 34 verlaufende Leisten 49 auf. Die Leisten 49 vergrößern die Wandstärke der Seitenwände 40, sodass die Seitenwände 40 in den ersten Rinnen 34 mit einer größeren Klemmwirkung gehalten werden können.
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8 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Abstandselements 50 einer Ausführungsform. Wie bereits angegeben, können weitere Abstandselemente Laschen oder eine andere Struktur aufweisen.
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Das in 8 dargestellte Abstandselement 50 weist an den gegenüberliegenden Seiten Leisten 52 auf. Die Leisten 52 werden in Schlitze an den Innenseiten gegenüberliegender Seitenwände 40 eingebracht. Solche Seitenwände 40 sind in den Figuren nicht dargestellt. Über die Leisten 52, welche die Wandstärke der Abstandselemente 50 im Bereich der Seiten vergrößern, kann analog zu den Leisten 49 eine vergrößerte Klemmwirkung im eingesetzten Zustand bereitgestellt werden.
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Das Abstandselement 50 weist zudem einen mittig und parallel zu den Leisten 52 verlaufenden Steg 54 auf, der auf beiden Seiten ausgebildet ist. Der Steg 54 dient zur Bereitstellung eines Abstands zwischen gegenüberliegenden Blechpaketen und definiert den Luftspalt zwischen den Blechpaketen. Die in 8 gezeigte Ausführung eines Abstandselements 50 weist gegenüber einer flächig ausgebildeten Ausführung ohne Verstärkungen den Vorteil eines reduzierten Materialeinsatzes bei erhöhter Festigkeit durch die Struktur der Leiste 54 auf.
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Das Abstandselement 50 kann ebenfalls in einem Spritzgussprozess in hoher Stückzahl kostengünstig hergestellt werden. Dem Kunststoff für das Abstandselement 50 können, wie bereits für die Seitenwände 40 und die Spulenkörperschalen 10 angegeben, Zusätze beigefügt werden.
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9 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Klammer 60 zur Befestigung zweier Spulenkörperschalen 10 mit dazwischen aufgenommenen Blechpaketen, Abstandselementen und/oder Seitenwänden 40.
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Die Klammer 60 weist eine Basis 62 und sich von der Basis 62 erstreckende Schenkel 64 auf. An den freien Enden 66 der Schenkel 64 weisen diese eine Krümmung auf und sind innen abgerundet ausgebildet. Auch die innenliegenden Übergänge von der Basis 62 zu den Schenkeln 64 sind abgerundet ausgebildet. Die Abrundung entspricht der Ausbildung beziehungsweise der äußeren Form der Verbindungsabschnitte 26. Dadurch wird eine Anlage an den Eckbereichen gewährleistet. Die freien Enden 66 sind insbesondere so ausgebildet, dass diese die Verbindungsabschnitte 26 hakenförmig umgreifen.
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Die äußere Gestalt der Klammer 60 ist den Wicklungen 70 angepasst, sodass wie in 1 gezeigt, ein bündiger Abschluss der Wicklungen 70 mit den Klammern 60 erreicht wird.
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In weiteren Ausführungsformen können Klammern 60 auch eine andere äußere Form aufweisen. Zudem kann die Höhe der Klammern 60 variieren. Klammern 60 können zudem von Wicklungen 70 umgeben sein und daher nicht nur, wie in 1 gezeigt, seitlich den Wicklungsbereich definieren.
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Die Klammern 60 können leicht elastisch ausgebildet sein und sich daher leicht auf die Spulenkörper 80 aufbringen lassen. Spulenkörper 80 mit mindestens einer Klammer 60, vorzugsweise jedoch mehreren Klammern 60, weisen den Vorteil auf, dass auf Klebstoffe, wie sie beispielsweise auch bei Bandagen/Klebebändern vorgesehen sind bzw. zum Einsatz kommen können, verzichtet werden kann. Bei hohen Temperaturen im Bereich einer Anordnung mit Wickelgütern oder Netzdrossel 100 kann es zu einem Schmelzen der Klebstoffe und damit zu einer Beschädigung der Anordnung kommen. Die Verwendung von Klammern 60 ermöglicht demgegenüber höhere Temperaturbereiche zuzulassen, ohne dass es zu einer Beschädigung kommt. Eine kleinere Anordnung kann deshalb in einem größeren Arbeitsbereich betrieben werden, als dies mit entsprechenden Spulenkörpern aus dem Stand der Technik möglich wäre. Die Verwendung von Klammern 60 sorgt dafür, dass es zu keiner Schwächung oder Auflösung einer Verbindung durch ein Aufschmelzen kommt. Demgemäß kann eine Netzdrossel 100 mit derartigen Spulenkörpern 80 kleiner ausgebildet werden.
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Die Klammern 60 ermöglichen zudem eine sichere Befestigung, die schnell und einfach aufgebracht werden kann. Über die Ausbildung einer Spulenkörperschale 10 und das Einsetzen von Abstandselementen 50 können Blechpakete sicher in Position gehalten werden. Ein Ausrichten vor, während und nach der Befestigung oder zwischen Befestigungsschritten ist nicht erforderlich. Nach dem Aufsetzen einer zweiten Spulenkörperschale 10 auf eine Anordnung mit Blechpaketen können die Klammern 60 aufgesetzt werden. Die Klammern 60 stellen eine so feste Verbindung bereit, dass keine nachträglichen Bearbeitungsschritte zur Befestigung erforderlich sind. Vorteilhafterweise bleibt dabei die Position der Blechpakte und damit auch der erforderliche Luftspalt sogar bei einem Transport erhalten. Im Stand der Technik tritt demgegenüber häufig eine Verlagerung der Blechpakete beim Transport auf.
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Klammern 60 können zudem umwickelt werden, sodass diese nicht nur als Hilfsmittel für Zwischenschritte verwendet werden können, sondern auch als fertige Befestigungslösung für Spulenkörper 80.
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10 zeigt eine Vorderansicht eines Abstandselements 50 einer weiteren Ausführungsform. Das Abstandselement 50 der weiteren Ausführungsform unterscheidet sich von dem Abstandselement 50 von 8 darin, dass anstelle von Elementen, die von einer Kante abstehen, Aufnahmen 50b zwischen Stegen 54 und 55 ausgebildet sind. In diese Aufnahmen 50b ragen Endabschnitte von Erhebungen 39 und Stege 38, wie sie in 11 für eine sechste Ausführung von Spulenkörperschalen 10 gezeigt sind.
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An den gegenüberliegenden Kanten, die orthogonal zu gegenüberliegenden Kanten 59 verlaufen, sind weiter zweite Leisten 58 vorgesehen, die in einer Ausführungsform in entsprechenden Schlitzen von gegenüberliegenden Seitenwänden 40 und Spulenkörperschalen 10 eingreifen können. In weiteren Ausführungsformen liegen die Leisten 58 an den Seitenwänden 40 nur an, sodass zusätzlich zu den Räumen bzw. Kanälen im Bereich von Wandabschnitten 56 weitere Räume bzw. Kanäle zwischen den Seitenwänden 40 der Spulenkörperschalen 10 und den Außenflanken der zweiten Stege 55 gebildet werden.
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In den Wandabschnitten 56 zwischen den Stegen 54 und 55 sind Streben 57 vorgesehen. Die Streben 57 dienen dazu die Struktur des Grundkörpers des Abstandselements 50 zu versteifen, sodass das Abstandselement 50 dünner ausgeführt werden kann und dadurch geringere Luftspalte erzielt werden können. In den Stegen 54 und 55 können auch sogenannte „Heatpipes“ aufgenommen sein, die zur Kühlung dienen. In weiteren Ausführungen kann das Abstandselement 50 als Kühlkörper ausgebildet sein.
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11 zeigt perspektivische Darstellungen einer Spulenkörperschale 10 einer sechsten Ausführungsform. Die Spulenkörperschale 10 der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von der Spulenkörperschale 10 der fünften Ausführungsform durch die Ausbildung der Innenseite. Anstelle einer zweiten Rinne 30 und Vertiefungen 36 sind Erhebungen 39 und Stege 38 vorgesehen, welche dazwischen Rinnen ausbilden. In die quer zu den Wandabschnitten 32 verlaufenden Rinnen lassen sich Abstandselemente 50 einsetzen, die wie in 10 gezeigt ausgebildet sind. Die Endabschnitte der Erhebungen 39 und die Stege 38 ragen in die Aufnahmen 50b, so dass die Abstandselemente 50 exakt ausgerichtet und positioniert sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spulenkörperschale
- 12
- Grundplatte
- 14
- Rückseite
- 16
- Erhebung
- 18
- Endbereich
- 20
- Endbereich
- 22
- Öffnung
- 24
- Öffnung
- 26
- Verbindungsabschnitt
- 28
- Leiste
- 30
- zweite Rinne
- 32
- Wandabschnitt
- 34
- erste Rinne
- 36
- Vertiefung
- 37
- Finne
- 38
- Seitenwand
- 39a
- Erhebung
- 39b
- Steg
- 40
- Seitenwand
- 42
- Innenseite
- 44
- Außenseite
- 46
- Leiste
- 48
- Öffnung
- 49
- Leiste
- 50
- Abstandselement
- 50b
- Aufnahme
- 52
- Leiste
- 54
- Steg
- 55
- Steg
- 56
- Wandabschnitt
- 57
- Strebe
- 58
- Leiste
- 60
- Klammer
- 62
- Basis
- 64
- Schenkel
- 66
- Ende
- 70
- Wicklung
- 80
- Spulenkörper
- 90
- Joch
- 100
- Netzdrossel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1289913 A [0004]
- DE 2412622 A [0007]
