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Die Erfindung betrifft ein Sekundärteil.
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Es ist allgemein bekannt, dass ein Sekundärteil induktiv an ein Primärleitersystem koppelbar ist.
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Aus der
EP 3 420 625 B1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein induktives Ladegerät für tragbare Rechnergeräte bekannt.
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Aus der
US 2006 / 0 103 496 A1 ist eine elektrische Komponente bekannt, die einen variablen Luftspalteffekt aufweist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Sekundärteil weiterzubilden, wobei das Sekundärteil geräuscharm betreibbar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Sekundärteil nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Sekundärteil, insbesondere für ein System zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung, sind, dass das Sekundärteil einen Ferritkern aufweist,
wobei eine Wicklung von einem Spulenträger aufgenommen ist,
wobei ein an zumindest einem ersten Fußbereich des Spulenträgers abgestütztes erstes Federelement den Ferritkern an Auflagebereiche eines Gehäuseteils andrückt,
wobei das Gehäuseteil mit einem Basisteil verbunden ist, insbesondere mittels Schrauben,
- - wobei der erste Fußbereich an einer ersten Stufe des Basisteils abgestützt ist
- - oder wobei der Spulenträger, insbesondere mittels seines Fußbereiches, an einer Leiterplatte abgestützt ist, welche zwischen dem Spulenträger und dem Basisteil angeordnet ist, insbesondere wobei der Spulenträger die Leiterplatte zum Basisteil hindrückt, insbesondere über eine zwischengeordnete Isolierschicht, insbesondere Isolierbeschichtung der Leiterplatte oder Isolierplatte.
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Von Vorteil ist dabei, dass durch die vom Federelement erzeugte Federkraft jegliches Spiel unterdrückbar ist und somit ein geräuscharmer Betrieb ermöglicht ist. Insbesondere ist das Sekundärteil auf einem Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, anordenbar und es werden keine Klappergeräusche erzeugt, wenn das Sekundärteil veränderlichen Beschleunigungen, wie Rucken, ausgesetzt ist. Denn das Federelement drückt die Teile aneinander und verhindert somit ein Spiel. Dadurch ist ein Aufeinanderprallen von Teilen des Sekundärteils vermeidbar und somit auch Betriebsgeräusche. Außerdem ist bei der Bestromung Wechselstrom verwendbar und durch die Unterdrückung des Spiels auch die durch Magnetostriktion oder Wechselmagnetfelder verursachbaren Verschiebungen von Teilen des Sekundärteils gegeneinander verhinderbar.
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Weiter ist von Vorteil, dass der Ferritkern zusammengedrückt wird, also nicht gedehnt, sondern gestaucht wird. Somit ist es ermöglicht, dass der Ferritkern aus Ferritteilen, insbesondere Joch und Schenkel, zusammensetzbar ist. dadurch ist eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Vorzugsweise ist der Ferritkern U-förmig zusammengesetzt, sodass die beiden voneinander beabstandeten Schenkel jeweils flächig berührend am Joch anliegen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Stufe auf der vom Federelement abgewandten Seite des ersten Fußbereichs angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das Federelement auf den Fußbereich drückt und somit eine vom Spulenträger weg gerichtete Federkraft in den Spulenträger einleitet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Ferritkern ein Joch und zwei Schenkel auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Ferritkern mehrstückig und somit kostengünstig herstellbar ist. Außerdem sind Luftspalte vermeidbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung drückt ein an zumindest einem zweiten Fußbereich des Spulenträgers abgestütztes zweites Federelement den Ferritkern an die Auflagebereiche des Gehäuseteils an,
wobei der zweite Fußbereich an einer zweiten Stufe des Basisteils abgestützt ist,
insbesondere wobei die zweite Stufe auf der vom zweiten Federelement abgewandten Seite des zweiten Fußbereichs angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Federkraft aufgeteilt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung drückt das erste Federelement auf das Joch des Ferritkerns, wobei das zweite Federelement auf das Joch des Ferritkerns drückt,
wobei das Joch eine Verengung, insbesondere Engstelle, aufweist,
welche zwischen dem ersten Federelement und dem zweiten Federelement angeordnet ist,
insbesondere wobei die Verengung zwischen demjenigen Berührbereich angeordnet ist, an welchem das erste Federelement das Joch berührt, und demjenigen Berührbereich angeordnet ist, an welchem das zweite Federelement das Joch berührt. Von Vorteil ist dabei, dass beidseitig der Verengung auf das Joch gedrückt wird und somit die Verengung möglichst wenig belastet wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste der beiden Schenkel quaderförmig ausgeführt,
wobei der zweite der beiden Schenkel quaderförmig ausgeführt ist,
wobei das Joch mit Ausnahme der Verengung quaderförmig ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Schenkel und das Joch senkrecht aufeinander anordenbar sind und somit die Federkraft geradlinig durch den Ferritkern durchleitbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Schenkel eine ebene Seitenfläche auf, mit welcher der erste Schenkel an einer ebenen Seitenfläche des Jochs anliegt,
wobei der zweite Schenkel eine ebene Seitenfläche aufweist, mit welcher der zweite Schenkel an einer ebenen Seitenfläche des Jochs anliegt,
insbesondere wobei die Normalenrichtung der ebenen Seitenfläche des ersten Schenkels parallel zur Richtung der vom ersten Federelement erzeugten Federkraft ausgerichtet ist und/oder wobei die Normalenrichtung der ebenen Seitenfläche des zweiten Schenkels parallel zur Richtung der vom zweiten Federelement erzeugten Federkraft ausgerichtet ist, insbesondere und zur Normalenrichtung der ebenen Seitenfläche des ersten Schenkels. Von Vorteil ist dabei, dass die Schenkel relativ zum Joch nicht verkippen. Die Federkraft wird in Normalenrichtung in die Berührflächen eingeleitet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jede der Auflageflächen am Gehäuseteil einstückig, insbesondere einteilig, ausgeformt und ragt zum Ferritkern hervor,
insbesondere wobei das Gehäuseteil samt Auflageflächen als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Schenkel eine Punktberührung oder Zweipunktberührung zum Gehäuseteil hinaufweist. Die Federkraft des Federelements teilt sich also in die Auflageflächen auf. Somit ist der Ferritkern entsprechend der Auflageflächenpositionen ausgerichtet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder der Fußbereiche am Spulenträger einstückig, insbesondere einteilig, als Hintergriff am Spulenträger ausgeformt,
insbesondere wobei der Spulenträger samt Fußbereichen als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Fußbereiche als Hintergriff geformt sind und somit das Federelement dort eingreifen kann und abgestützt werden kann, so dass der Spulenträger zum Basisteil hin, insbesondere auf eine Stufe des Basisteils, gedrückt wird und der Ferritkern von der Stufe aus gesehen weggedrückt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind am Gehäuseteil taschenförmige Aufnahmebereiche, insbesondere Vertiefungen, ausgeformt, in welchen die Schenkel aufgenommen sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Schenkel in und entgegen der Richtung der Wicklungsachse der Wicklung am Gehäuseteil anliegen, da die Schenkel in die taschenförmigen Aufnahmebereiche eingepresst sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ragt das Joch durch eine durchgehende Ausnehmung des Spulenträgers hindurch,
wobei der Ferritkern vom Basisteil zusammen mit dem Gehäuseteil gehäusebildend umgeben ist. Von Vorteil ist dabei, dass die von der Wicklung erzeugte Feldstärke einen starken Magnetfluss verursacht, da Ferrit eine hohe magnetische Permeabilität aufweist. Der Spulenträger ist aus Kunststoff fertigbar und auf das Joch aufsteckbar. Die Wicklung ist dann auf den Spulenträger aufgewickelt und somit um das Joch herumgeführt.
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Die Schenkel sind vorzugsweise von der Wicklung nicht bewickelt. Die Schenkel sind als quaderförmige Platten ausführbar. Das Joch ist ebenso als quaderförmige Platte ausführbar, wobei allerdings die Verengung mittig im Joch angeordnet ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Leiterplatte zwischen dem Basisteil und der Wicklung und/oder dem Spulenträger angeordnet,
wobei die Anschlüsse der Wicklung zur Leiterplatte geführt und mit Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass mittels der elastisch ausgeführten Anschlüsse die Leiterplatte von der Wicklung zum Basisteil hin drückbar ist. Somit wird Spiel unterdrückt und eine stabile steife Ausführung ermöglicht, so dass Klappergeräusche im Betrieb vermeidbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Leiterplatte und dem Basisteil eine Isolierschicht, insbesondere Isolierplatte, insbesondere zur elektrischen Isolation, angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Leiterplatte an das Basisteil andrückbar ist, insbesondere über die Anschlussleitungen der Wicklung, welche die Leiterplatte zum Basisteil hindrücken. Somit ist die Leiterplatte spielfrei mit dem Basisteil verbunden, wobei eine elektrische Isolierung zwischenordenbar ist. Diese kann als Beschichtung der bestückten Leiterplatte ausgeführt sein oder als zwischengeordnete Isolierplatte.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind auf der Leiterplatte Kondensatoren bestückt, welche zur Wicklung elektrisch in Reihe und/oder parallel zugeschaltet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Effizienz erreichbar ist, da wegen der resonanten Übertragung auch bei Schwankungen der induktiven Kopplungsstärke nur geringfügige Änderungen bei der Leistungsübertragung erreichbar sind. Zur resonanten Kopplung gleicht die Resonanzfrequenz des aus der Kapazität der Kondensatoren und der Induktivität der Wicklung gebildeten Schwingkreises der Frequenz des in den Primärleiter eingeprägten Wechselstroms.
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Wichtig ist bei dem System zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung mit einem Sekundärteil, dass ein langgestreckt verlegter Linienleiter zwischen den Schenkeln angeordnet ist,
insbesondere wobei der Linienleiter zu beiden Schenkeln den selben Abstand aufweist und/oder wobei der Linienleiter parallel zu den Oberflächen beider Schenkel ausgerichtet ist,
insbesondere wobei der Linienleiter senkrecht zur Normalenrichtung der Berührfläche zwischen dem Joch und dem erste und/oder zweiten Schenkel ausgerichtet ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass das einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisende Sekundärteil in Richtung des Linienleiters verschiebbar ist, ohne dass die induktive Kopplung sich ändert.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein erstes erfindungsgemäßes Sekundärteil eines Systems zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung im Querschnitt dargestellt.
- In der 2 ist das Sekundärteil angeschnitten in Schrägansicht dargestellt.
- In der 3 ist das Sekundärteil explodiert in Schrägansicht dargestellt.
- In der 4 ist eine Seitenansicht des angeschnittenen Sekundärteils dargestellt.
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Wie in den Figuren dargestellt, weist der Sekundärteil ein wannenförmiges Basisteil 4 auf, das vorzugsweise aus Metall, insbesondere Aluminium, hergestellt ist.
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Das Basisteil 4 weist dabei zwei hochstehende Wandbereiche auf, in welchen plattenförmige Schenkel eines Ferritkerns aufgenommen sind.
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Diese Schenkel 3 sind mittels eines ebenfalls plattenförmigen Jochs 6 des Ferritkerns miteinander verbunden.
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Mit Ausnahme einer Verengung 7 des Jochs 6 ist das Joch 6 sowie jeder der Schenkel 3 vorzugsweise als jeweiliger Quader ausgeführt. Somit liegt jeweils einer der Quader an einem anderen der Quader berührend an, so dass die in Berührung stehenden Seitenflächen der Quader parallel zueinander sind.
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Insgesamt weist der Ferritkern ein U-förmiges Aussehen auf.
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Die Verengung 7 ist vorzugsweise mittig im Joch 6 ausgebildet, so dass das Joch 6 in dem Bereich der Verengung eine erhöhte Brechgefahr aufweist, da das Joch 6 in diesem Bereich der Verengung 7 weniger stabil ist.
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Das Joch 6 ist durch einen vorzugsweise aus Kunststoff ausgeführten Spulenträger 1 gesteckt, welcher die Wicklung 5 aufnimmt, welche um das Joch 6 herumgewickelt ist.
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Fußbereiche 9 auf, welche an jeweiligen Stufen anliegen, die am Basisteil 4 ausgebildet sind.
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Im Basisteil 4 ist auch eine Leiterplatte 8 aufgenommen, mit welcher die Anschlüsse 21 der Wicklung 5 elektrisch verbunden sind.
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Die mit elektronischen Bauelementen bestückte Leiterplatte 8 ist elektrisch isoliert zum Basisteil 4. Dies kann auch durch eine zusätzliche Isolierplatte erfolgen, welche zwischen Leiterplatte 8 und Basisteil 4 angeordnet ist.
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Der Spulenträger 1 weist Fußbereiche 9 auf, an welchen Federelemente 10 abgestützt sind, die auf das Joch 6 drücken, das somit die Schenkel 3 an Auflagebereiche 20 eines Gehäuseteils 2 andrücken, das mit dem Basisteil 4 lösbar verbunden, insbesondere klipsverbunden und/oder schraubverbunden ist.
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Insbesondere drücken zwar zwei Federelemente 10 auf den Spulenträger 1, jedoch ist die Verengung am Joch 6 zwischen den beiden Berührstellen der beiden Federelemente 10 am Joch 6 angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist eine Dreipunktlagerung des Ferritkerns gegen das Gehäuseteil 2 vorgesehen, so dass Verkippungen eines Schenkels 3 relativ zum Joch 6 verhinderbar sind. Hierzu liegt der erste Schenkel 3 an zwei, voneinander beabstandeten Auflagebereichen 20 des Gehäuseteils 2 an und der andere Schenkel 3 über nur einen einzigen Auflagebereich 20 am Gehäuseteil 2 an.
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Somit sind die Polflächen der Schenkel 3 insgesamt über drei Auflagebereiche 20 abgestützt und daher nicht überbestimmt gelagert.
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Die Auflagebereiche 20 sind am Gehäuseteil 2 ausgeformt und ragen zu den Polflächen der Schenkel 3 hervor.
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Die Schenkel 3 sind vom Material des Basisteils 4 und des Gehäuseteils 2 umgeben, insbesondere aufgenommen und eingehaust.
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Der aus dem Joch 6 und den Schenkeln 3 zusammengesetzte Ferritkern wird von den Federelementen 10 gegen die Dreipunktlagerung gedrückt, welche aus den drei Auflagebereichen 20 gebildet ist. Somit liegen die planen Seitenflächen der Schenkel 3 an der ebenfalls planen Seitenfläche des Jochs 6 an. Zwei der Auflagebereiche 20 stützen den ersten Schenkel 3 ab und der dritte Auflagebereich 20 stützt den anderen Schenkel 3 ab.
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Durch das flächige Anliegen der planen Seitenflächen ist das Entstehen von Luftspalten zwischen dem Joch 6 und den Schenkeln 3 verhindert.
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Für die Aufnahme der Schenkel weist das Gehäuseteil 2 taschenförmige Vertiefungen auf, in welche die Schenkel 3 eingesteckt sind.
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Das Gehäuseteil 2 ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt.
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Jedes der Federelemente 10 ist an zwei Fußbereichen 9 abgestützt.
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Ein langgestreckt in einer Anlage verlegter Linienleiter wird mit einem mittelfrequenten Wechselstrom beaufschlagt, der eine Frequenz zwischen 10 kHz und 1 MHz aufweist.
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Der Linienleiter ist induktiv an die Wicklung 5 gekoppelt, wobei er senkrecht zur Wicklungsachse der Wicklung 5 ausgerichtet ist. Der Linienleiter ist zwischen den Schenkeln 3 angeordnet, so dass das Sekundärteil entlang dem Linienleiter verschiebbar ist, ohne dass sich die induktive Kopplung zwischen Wicklung 5 und Linienleiter verändert.
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Auf diese Weise ist eine elektrische Leistung induktiv vom Linienleiter ans Sekundärteil übertragbar.
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Auf der Leiterplatte 8 sind vorzugsweise Kapazitäten angeordnet, welche der Wicklung 5 in Reihe oder parallel zugeschaltet sind, wobei die Resonanzfrequenz des so entstehenden Schwingkreises der Frequenz des in den Linienleiter eingeprägten Wechselstroms gleicht. Somit ist ein hoher Wirkungsgrad bei der induktiven Übertragung erreichbar.
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Vorzugsweise ist der Linienleiter an einer Schiene, insbesondere einer Einschienenhängebahn, befestigt, so dass ein Schienenfahrzeug mittels des mit ihm verbundenen Sekundärteils des Fahrantrieb und die Steuerung des Schienenfahrzeugs mit elektrischer Leistung versorgt.
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Die vom Federelement 10 erzeugte Federkraft wird also zum Zusammendrücken des Federkerns verwendet. Für das Andrücken der Leiterplatte 8 an das Basisteil 4 ist beispielsweise ein elastisches Teil, insbesondere zweites Federelement, verwendbar, das zwischen der Leiterplatte 8 und dem Spulenträger 1, insbesondere dem jeweiligen Fußbereich 9 des Spulenträgers 1, angeordnet ist. Somit sind derjenige Kraftbetrag, welcher zum Andrücken der Leiterplatte 8 verwendet wird, durch das elastische Teil bestimmt und derjenige Kraftbetrag, welcher zum Zusammendrücken des Ferritkerns verwendet wird, unterschiedlich. Vorzugsweise ist eine höhere Kraft aufgewendet zum Zusammendrücken des Ferritkerns verwendet als zum Andrücken der Leiterplatte 8.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird jedes der Federelemente 10 an nur einem einzigen Fußbereich abgestützt.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der Spulenträger 1 nicht an einer Stufe des Basisteils 4 abgestützt, sondern drückt mittels seiner Fußbereiche 9 die Leiterplatte 8 zum Basisteil 4 hin, insbesondere also an die zwischengeordnete Isolierschicht oder Isolierplatte.
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Somit ist nicht nur der Federkern von der Federkraft zusammengehalten, sondern auch die Leiterplatte 8 spielfrei angedrückt an das Basisteil 4.
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Auf diese Weise ist derselbe Kraftbetrag zum Zusammenhalt des Federkerns wie auch zum Andrücken der Leiterplatte 8 verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spulenträger
- 2
- Gehäuseteil
- 3
- Schenkel
- 4
- Basisteil
- 5
- Wicklung
- 6
- Joch
- 7
- Verengung, insbesondere Engstelle
- 8
- Leiterplatte
- 9
- Fußbereich des Spulenträgers 1
- 10
- Federelement
- 20
- Auflagebereich
- 21
- Anschluss der Wicklung 5
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3420625 B1 [0003]
- DE 102018007912 A1 [0004]
- US 20130002039 A1 [0005]
- US 20060103496 A1 [0006]
