DE3013746C2

DE3013746C2 - Induktives Bauelement, insbesondere Drosselspule

Info

Publication number: DE3013746C2
Application number: DE19803013746
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Neosid Pemetzrieder & Co Kg 5884 Halver De GmbH
Current assignee: Neosid Pemetzrieder & Co Kg 5884 Halver De GmbH
Priority date: 1980-04-10
Filing date: 1980-04-10
Publication date: 1983-06-09
Also published as: DE3013746A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein induktives Bauelement, insbesondere eine Drosselspule, mit einem einteiligen, massiven geraden Kern aus ferromagnetischem Material, insbesondere Ferrit, der in einen die Wicklung tragenden Wicklungsträger aus Kunststoff eingesetzt ist.

In der modernen Schaltungstechnik werden Bauele

mente benötigt, die möglichst klein und leicht aufgebaut sein sollen, damit sie in einfacher Weise, beispielsweise in einer gedruckten Schaltung angeordnet werden können- Weiterhin sollen die Bauelemente so einfach au fgebaut sein, daß sie in großer Stückzahl bei geringem Kostenaufwand möglichst in automatischer Fertigung herstellbar sind.

Bei induktiven Bauelementen, beispielsweise Drosselspulen, waren diese Forderungen bisher nur sehr schwer ίο zu erfüllen, da diese Bauelemente immer noch relativ kompliziert aufgebaut waren. Induktive Bauelemente bekannter Bauart weisen im allgemeinen einen ein- oder mehrteiligen Ferritkern auf, der in einem Spulenkörper angeordnet ist, auf welchem die Wicklung aufgebracht is ist Gegebenenfalls sind am Spulenkörper noch besondere Sockelelemente zum Anschluß des Bauelementes an eine Schaltung angeordnet Die Herstellung der einzelnen Teile, die in iohr verschiedenen Formen bekannt sind, ist relativ aufwendig und ihre Zusammen-Setzung, sowie das Aufbringen der Wicklung sind schlecht zu automatisieren, so daß diese Arbeiten zum Teil noch von Hand ausgeführt werden müssen. Es sind auch Drosselspulen mit einteiligem Ferritkern bekannt bei denen die Wicklung direkt auf den Ferritkern aufgebracht wird.

Aber auch diese bekannten Drosselspulen sind noch

so kompliziert aufgebaut, daß sie relativ teuer sind und ihre automatische Fertigung Schwierigkeiten bereitet

Es sind büchsenförmige Spulenkörper mit zwei Endflanschen bekannt (DE-AS 14 64 310), bei denen in

der Wand des büchsenförmigen Kernteiles an der

Außenseite eine Anzahl sich axial erstreckender Nuten

ausgespart sind, in denen, im wesentlichen parallel zum

Kern verlaufend, Anschlußdrähte so geführt sind, daß

sie an den Stirnseiten aus den Flanschen als Lötfahnen herausragen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein induktives Bauelement der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das einerseits so einfach aufgebaut ist, daß eine voliautomaiisierte Fertigung keine Schwierigkeiten bereitet, und das andererseits bei hervorragenden elektrischen und magnetischen Eigenschaften in Abmessungen hergestellt werden kann, die es besonders geeignet zum Einsatz in gedruckten Schaltungen machen.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen,

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des induktiven Bauelementes gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Wie weiter unten anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ist infolge des besonderen Aufbaues des induktiven Bauelementes eine wirtschaftliche und kostengünstige Herstellung möglich, indem der gesamte Fertigungsablauf beginnend bei den Einzelteilen bis zum fertigen Bauelement weitgehend automatisch erfolgen kann. Die einfach aufgebauten Einzelteile können mit hoher Stückzahl pro Zeiteinheil gefertigt werden, und Montageprozesse können durch Klemmen, Rasten, Schnappen usw. bzw. Thermoplastspritzgießen durch» geführt werden. Klebevorgänge können vermieden werden.

Es hat sich gezeigt, daß insbesondere bei der Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen induktiven Bauelementes nach den Ansprüchen 2 bis 5 mit

einfachen Mitteln hervorragende elektrische und magnetische Eigenschaften erreicht werden können.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen induktiven Bauelementes näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

F i g, 1 eine Ausführungsform eines Bauelementes nach der Erfindung in einer Vorderansicht mit aufgebrachter Wicklung;

Fig.2 den Rahmen eines induktiven Bauelementes nach F i g. 1 in einer gegenüber F i g. 1 leicht vergrößerten Vorderansicht;

Fig.3 den Rahmen nach Fig.2 in einer Seitenansicht;

F i g. 4 einen in einen Rahmen nach den F i g. 2 und 3 einsetzbaren Ferritkern in einer F i g. 3 entsprechenden Ansicht;

Fig.5 den Ferritkern nach Fig.4 in einer Fig.2 entsprechenden Ansicht;

F i g. 6 den Ferritkern nach den F i g. 4 und 5 in einer Ansicht in Längsrichtung gesehen.

Bei dem in den F i g. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel eines induktiven Bauelementes ist die Wicklung 18 auf einen im wesentlichen rechteckigen Rahmen 10 aufgebracht, in dem Anschlußdrähte 16,17 angeordnet sind. Die Enden 18a der Wicklung 18 sind jeweils mit dem in F i g. 1 oberen Ende eines der beiden Anschlußdrähte 16 bzw. 17 verbunden. Die in Fig. 1 unteren, verlängerten Enden der Anschlußdrähte 16 und 17 dienen zum Anschluß des Bauelementes an eine gedruckte Schaltung.

Wie F i g. 2 zu entnehmen, besteht der Rahmen 10 aus zwei Querteilen 12,13 und zwei Längsteilen 14,15. Die Anschlußdrähte 16,17 sind durch die Querteile 12 bzw. 13 hindurchgeführt und überragen diese an ihren Außenflächen. Di3 Anordnung der Anschlußdrähte 16, 17 erfolgt im wesentlichen parallel zueinander und zur Längsachse des Rahmens 10, wobei sie jeweils innerhalb des Querteils 12 bzw. 13 eine Kröpfung 16a, 17a bzw. 16Ä, 176 aufweisen, durch die erreicht wird, daß die Anschlußdrähte 16, 17 in den Längsteilen 14, 15 des Rahmens 10 unmittelbar an der Innenseite des Rahmens entlang verlaufen. In den Rahmen 10 ist ein Ferritkern einsetzbar, der in den F i g. 4 bis 6 dargestellt ist Der Ferritkern 11 besitzt in einer durch seine Längsmittelachse gehenden Ebene einen doppel-T-förmigen Querschnitt, während in einer weiteren durch die Längsmittelachse gehenden zur ersten Ebene senkrecht stehenden zweiten Ebene sein Querschnitt rechteckförmig ist, d. h. daß die Dicke des Kernes in dieser Richtung konstant ist Das in Längsrichtung des Kernes 11 verlaufende Mittelteil üb besitzt eine größere Länge als die beiden Querteile 11a

Der Kern 11 ist in das Rahmenteil 10, in der aus F i g. 2 ersichtlichen und gestrichelt dargestellten Weise, so eingesetzt, daß die Anschlußdrähte 16,17 in der durch die Längsmittelachse des Kernes gehenden Ebene liegen, in der die Dicke D des Kernes konstant ist. Diese Anordnung der Anschlußdrähte 16,17 kann auch F i g. 6 entnommen werden.

Wie aus Fig.2 weiterhin zu entnehmen, sind die Querteile 12, 13 des Rahmens 10 mit einer leichten Wölbung nach innen versehen, durch die beim Einsetzen des Ferritkerns 11 in den Rahmen 10 ein Klemmeffekt erreicht wird. Weiterhin weist der Ferritkern 11 an zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen (siehe Fig.4) jeweils eine langgestreckte Mulde lic auf, die bei in den Rahmen 10 eingesetztem Ferritkern den Anschlußdrähten 16,17 gegenüberliegt. Auf diese Weise wird eine Berührung zwischen den Anschlußdrähten 16, 17 und dem Ferritkern 11 auch dann vermieden, wenn die Oberfläche der Anschlußdrähte 16, 17 an der Innenseite des Rahmens nicht überall vom Kunststoffmaterial der Längsteile 14,15 überdeckt ist
Die Abmessungen des Ferritkerns 11 werden vorzugsweise so gewählt, daß das Verhältnis der Gesamtlänge 1 des Kernes 11 zur Länge b des Querteils 11a im Bereich zwischen 2 :1 bis 4 :1 liegt Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis der Dicke d des

ίο Mittelteils 116 gemessen senkrecht zur Ebene der Anschlußdrähte 16,17 zur Gesamtlänge /des Kernes 11 im Bereich zwischen 1 :4 bis 1 :8 liegt

Bei einer derartigen Bemessung des Ferritkerns werden -optimale Verhältnisse bezüglich der magnetisehen und thermischen Belastbarkeit des Bauelementes insofern erreicht als bei der thermischen Belastungsgrenze auch die magnetische Höchstbelastbarkeit erreicht ist Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, daß bei einem Kern der dargestellten Bauart die thermische Belastbarkeit in etwa proportional mit der Länge des Kernes ansteigt während -.lie magnetische Belastbarkeit in Abhängigkeit von acr Länge des Kernes ein Maximum durchläuft Diese magnetische Belastbarkeit ist gegeben durch den Grenzwert für die magnetische Durchflutung, bei dem die Induktivität durch Sättigung des Ferritwerkstoffes abzusinken beginnt Durch die Wahl der oben angegebenen Abmessungen des Ferritkerns ist eine Optimierung hinsichtlich der beiden Belastungsgrenzen möglich.

Ein weiterer Vorteil der speziellen Ausgestaltung des Ferritkernes liegt darin begründet daß ein Verlauf der magnetischen Feldlinien erzielt werden kann, der ein Minimum an Wirbelstromverlusten in den parallel geführten Anschlußdrähten 16, 17 hervorruft Diese Zusammenhänge sind den F i g. 4 und 6 zu entnehmen, in denen die magnetischer. Feldlinien H gestrichelt angedeutet sind. Weiterhin ist in Fig.6 ebenfalls gestrichelt in einer Kurve F der Verlauf der Amplitude der magnetischen Feldliniendichte bezogen au* ein strichpunktiertes Koordinatensystem X-Y dargestellt Es zeigt sich, daß bei einer Ausgestaltung des Ferritkerns 11 gemäß den F i g. 4 bis 6 an der Stelle, an der die Anschlußdrähte 16 und 17 am Ferritkern 11 entlanggeführt sind, ein Minimum der magnetischen Feldüniendichte liegt

Die Herstellung und Zusammensetzung des in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Bauelementes kann in einfacher Weise, gegebenenfalls vollautomatisch, durchgeführt werden.

Ausgangspunkt der Herstellung können die paarweise in einem Metallgurtband kammartig angeordneten Anschlußdrähte 16, 17 sein. Dieser Gurt wird nach Kröpfung der Anschlußdrähte einer Spritzgießmaschine zuf°.f/ihrt und es werden die Rahmen 10 angespritzt.

Die Ferritkerne 11 können wegen ihrer einfachen Ausbildung, beispielsweise auf Schnelläufcrpressen hergestellt werden und werden in einem weiteren Arbeitsgang in die Rahmen 10 eingedrückt. Anschließend erfolgt die Bewicklung des Bauelementes, wobei die Wicklungsende:, mit den Anschlußdrähten 16 und 17 verbunden werden. Wie F i g. 1 zu entnehmen, läuft die Wicklung dabei außen um die Längsteile 14, 15 des Rahmens 10 herum, wodurch die Einzelteile Ferritkern 11 und Rahmen 10 fest zusammengehalten werden. Die

f>5 Halterung des Ferritkerns 11 innerhalb des Rahmens 10 bringt den Vorteil, da£ die Ereite der Rahmenteile und die Dicke des Ferritkernes so aufeinander abgestimmt werden können, daß beim Bewickeln der Wickeldraht

18 nichl über Kanten des Ferritkernes 11 geführt wird und somit eine Beschädigung der Isolation des Wickeldrahtes 18 vermieden werden kann. Es können daher auch elektrisch leitfähige Ferritkerne verwendet werden.

Das beschriebene Bauelement hat zudem den Vorteil, daß, da der Ferritkern 11 nicht an allen vier Seiten von einem Spulenkörper umgeben ist, nur ein sehr kleiner Querschnitt von nicht magnetisierbarem Material ausgefüllt ist.

Zweckmäßig erfolgt der Anschluß der Wicklungsenden an den an einer Seite des Rahmens 10 herausragenden AnschluDdrähten 16, 17, während der Anschluß des Bauelementes an eine Schaltung jeweils an dem entgegengesetzten Ende der Anschlußdrähte 16, 17 erfolgt. Dadurch sind die Aufgaben »Anschluß der

Wicklung an die Anschlußdrähte« und »Anschluß des Bauelementes an eine Schaltung« funktionell voneinander getrennt. Dies bringt weitere Vorteile beim Einbau der Bauelemente in gedruckte Schaltungen mit sich.

Weiterhin kann in nicht dargestellter Weise das Bauelement mit einer über den Rahmen 10 in Längsrichtung aufschiebbaren Haube versehen werden. Die Haube kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen und so ausgebildet sein, daß sie beim Ende des Aufschiebvorganges hinter den Rahmen 10 einschnappt und dadurch gegen Abfallen verriegelt ist.

Die aufschiebbare Haube kann aber auch aus ferromagnetische!!! Material bestehen. Dies bringt einerseits eine Vergrößerung der maximalen Induktivität um den Faktor 3 bis 5 und es wird andererseits der Vorteil einer magnetischen Abschirmung erzielt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Induktives Bauelement, insbesondere Drosselspule mit einem einteiligen, massiven, geraden Kern aus ferromagnetische!!! Material, insbesondere Ferrit, der in einen die Wicklung tragenden, einteiligen Wicklungsträger aus Kunststoff eingesetzt ist, durch den in Längsrichtung im wesentlichen parallel zum Kern verlaufend Anschlußdrähte so geführt sind, daß sie an den Stirnseiten des Wicklungsträgers parallel zur Längsmittelachse des Kernes herausragen und jeweils ein Ende der Wicklung mit einem der Anschlußdrähte an der Außenseite des Wicklungsträgers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsträger als im wesentlichen rechteckiger, aus zwei Längsbalken (14, 15) und zwei Querbalken (12, 13) aufgebauter Rahmen (10) ausgebildet ist, der aus einem elastischen Kunststoff besteht, und daß der Kern (11) zwischen d'e Querbalken (12,13) des Rahmens (10) eingeklemmt ist, wozu die einander zugewandten Innenflächen der Querbalken (12,13) mindestens im Bereich der Längsmittelachse des Rahmens (10) vor dem Einsetzen des Kernes (11) einen Abstand besitzen, der kleiner ist als die Länge des Kernes (11) und daß die Kerndicke (D) mindestens in der Ebene der Anschlußdrähte (16,17) über die gesamte Länge des Kernes (11) konstant ist

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (11) in einer durch die Längsmittelachse gehenden Ebene, die senkrecht zur Ebene der Anschlußdrähte (16, 17) steht, doppel-T-förmigen Qt-erschir :.l besitzt, wobei das in Längsrichtung verlaufende Mittelteil (11 ty eine größere Länge besitzt als die Q«r-irteile (1 IaJl

3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gesamtlänge (1) des Kernes (11) zur Länge (b) der Querteile (llaj im Bereich zwischen 2 :1 bis 4 :1 liegt

4. Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke (d)des Mittelteils (116Jl gemessen senkrecht zur Ebene der Anschlußdrähte, zur Gesamtlänge (1) des Kerne* (11) im Bereich zwischen 1 :4 bis 1 :8 liegt

5. Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (iib)aes Kernes (11) in einer Ebene senkrecht zur Längsmittelachse rechteckigen Querschnitt aufweist

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß es eine über den Rahmen (10) aufgeschobene, durch Einschnappen gegen Abfallen verriegelte Abdeckhaube aus Kunststoff aufweist.

7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine über den Rahmen (10) aufgeschobene Abdeckhaube aus ferromagnetischem Material aufweist.