EP1430491B1

EP1430491B1 - Flachtransformator mit gesteckten sekundärwicklungen

Info

Publication number: EP1430491B1
Application number: EP02760033A
Authority: EP
Inventors: Joachim Peck; Jürgen PILNIAK
Original assignee: DET International Holding Ltd
Current assignee: DET International Holding Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2006-01-04
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: DE10148133A1; EP1430491A1; US7091817B2; WO2003030189A1; DE50205532D1; US20040257190A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Flachtransformator mit einem Ferritkern, mindestens einer Primärspule und mindestens einer Sekundärspule, die auf einer Leiterplatte anschließbar sind, und einem Spulenkörper, der einen Teil des Ferritkerns umschließt und der mindestens eine Sekundärspule trägt.
In der DE 195 05 463 A1 ist ein Leistungstransformator mit zwei E-förmigen, zu einem Kern zusammensetzbaren Kernteilen offenbart. Ein Spulenkörper ist derart geformt, daß er über das mittlere Bein des Kerns gesteckt werden kann, wobei er nach aussen geschlossen ist und die Primärwicklung durch zwei spiralförmig gewickelte, flache Drahtwicklungen und die Sekundärspule durch zwei entsprechend rund und flach ausgeformte Sekundärwicklungshälften gebildet werden. Dazwischen befinden sich jeweils isolierende Abstandshalter. Der Transformator wird zusammengesetzt, indem die verschiedenen Bauteile axial in der richtigen Reihenfolge in den seitlich offenen Spulenkörper eingelegt werden.
Die EP 0 435 461 A2 offenbart ein magnetisches Bauteil mit einem Ferritkern und einem separaten Spulenkörper, welcher länglich ausgebildet ist und an den Enden seitlich wegstehende Kontaktstifte aufweist. Auf diese Kontaktstifte wird eine Mehrzahl von blattförmigen Kupferwindungen (sheet winding patterns) aufgesteckt, welche hierfür entsprechend ausgebildete, ringförmige Anformungen aufweisen, Via die Kontaktstifte werden die einzelnen Windungen zu den Primär- wie auch den Sekundärwicklungen und diese wiederum mit entsprechende Kontaktpunkte auf einer Leiterplatte verbunden. Indem der Spulenkörper auf den Kern und dann auf eine Leiterplatte aufgesteckt wird, erhält man das fertige Bauteil.
Die DE 28 23 779 1 offenbart einen Transformator zur Inbetriebsetzung einer Schutzschaltung. Er weist einen Spulenkörper mit einer äußeren Wickelkammer zum Aufwickeln eines Kupferdrahtes als Sekundärwicklung auf. Die Primärwicklung wird durch einen einzelnen, U-förmig gebogenen Leiter gebildet, welcher außer im Bereich seiner Enden von einem dicken isolierenden Kunststoffkörper umgeben ist. Die Primärwicklung wird in den Spulenkörper gesteckt, weicher zu diesem Zweck eine innere Kammer aufweist.
Mit zunehmender Anforderung an die volumenbezogene Leistungsdichte (VA/in³) einer getakteten Stromversorgung steigen auch die Anforderungen an ihre induktiven Bauelemente, insbesondere an den oder die Haupttransformatoren. Daher werden seit ca. 20 Jahren zunehmend Leiterkartentransformatoren in allen erdenklichen Bauformen, als separates Bauteil oder in das Mainboard einer Stromversorgung integriert, eingesetzt.
Ein Beispiel für einen solchen Leiterkartentransformator ist aus der US 5,010,314 bekannt. Seine Primär- und Sekundärspulen sind auf Leiterkarten eingeätzt, die in ihrer Mitte eine Ausnehmung aufweisen, so daß die Leiterkarten übereinander auf den Ferritkern des Transformators aufgesteckt werden können, wobei zwischen benachbarte Leiterkarten eine Isolierschicht vorgesehen ist. Die Leiterkarten werden von einem aus zwei Hälften bestehenden Spulenkörper zusammengehalten, wobei zwischen den beiden Hälften die Leiterkarte mit der Primärspule sitzt und die Sekundärwicklungen an den voneinander abgewandten Seiten der Hälften des Spulenkörpers angeordnet sind. Alle Leiterkarten werden von Stegen, die zu beiden Seiten der Hälften des Spulenkörpers umlaufen, umfaßt. Der Ferritkern besteht aus zwei E-förmigen Hälften, wobei der die Leiterkarten tragende Spulenkörper auf den mittleren Steg eines der Hälften des Ferritkerns aufgesteckt und die andere Hälfte des Ferritkerns von der anderen Seite des Spulenkörpers aufgesetzt wird.
Diese Art der Leiterkartentechnologie wird vorwiegend für Signalübertrager, Speicherdrosseln und Transformatoren im Leistungsbereich bis ca. 150 VA verwendet.
Im Leistungsbereich über 150 VA bei Ausgängen mit kleinen Spannungen (< 12V) und entsprechend hohen Ausgangsströmen ergeben sich erheblicher Qualitätsprobleme bei der Herstellung von Leiterkartentransformatoren. So muß die Kupferdicke der Leiterkarten bei hohen Strömen entsprechend groß sein und entspricht dann nicht mehr dem Standard der Leiterkarten-Industrie.
Bei hohen Ausgangsleistungen werden vergleichsweise teure Leiterkarten mit Sonderdicken erforderlich, ggf. müssen vorhandene Standard-Kupferdicken aufgekupfert werden. Werden Leiterkarten mit Sonder-Kupferdicken verwendet, ist der Ätzspalt zwischen den Leiterbahnen nur mit optimaler Prozeßeinstellung zu garantieren. Schon kleinste Abweichungen im Prozeß oder Verunreinigungen verursachen winzig kleine Kupferbrücken zwischen den Leiterbahnen. Eine solche Brücke zwischen zwei Leiterbahnen resultiert in einer zu kleinen Windungszahl, zu einem Windungskurzschluß oder bei einer leitenden Verbindung zwischen Leiterbahn und Außenrand hin sogar zu sicherheitsrelevanten Kriechstrecken zwischen den Wicklungen oder zwischen Wicklung und Ferritkern. Eine solche leitende Verbindung zwischen zwei Leiterbahnen kann während der Leiterkartenherstellung nur direkt nach dem jeweiligen Prozeßschritt durch aufwendige Meßverfahren erkannt werden, oder sie wird erst bei der abschließenden Funktionsprüfung des vollständig montierten Transformators erkannt. Die Wertschöpfung ist jedoch zunichte gemacht und ein Großteil des verwendeten Materials kann nicht mehr weiter verwendet werden.
Alternativ können mehrere dünne Kupferlagen mehrschichtiger Leiterkarten parallel geschaltet werden. Allerdings ist die Gesamtdicke solcher Leiterkarte wegen der Isolationsschichten zwischen den Leiterschichten vergleichsweise hoch. Auch besteht der Nachteil, daß das exakte Verbinden der parallelen Leiterschichten in der Leiterkarte aufwendig und bei Einhaltung von geforderten Sicherheitsstandards nur mit verdeckten Durchsteigern möglich ist.
Ein weiteres Problem stellt, gerade bei stehenden Leiterkartentransformatoren, die mechanisch stabile und stromfeste Kontaktierung der Leiterkarte mit all den benötigten Innenlagen an die Leiterplatte, beispielsweise ein Mainboard der Stromversorgung, dar.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flachtransformator zu schaffen, bei dem die zuvor genannten Nachteile nicht bestehen.
Diese Aufgabe wird mit einem Flachtransformator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß jede der vom Spulenkörper getragenen Sekundärspulen durch mindestens ein an einer Seite offenes Wicklungsblech gebildet ist, das auf den Spulenkörper aufsteckbar und an die Leiterplatte anschließbar ist.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, auf Leiterkarten und ihre Beschränkung hinsichtlich der Dicke der Leiterschicht gänzlich zu verzichten, und statt dessen ein Leiterblech zu verwenden, daß als Wicklung ausgebildet wird und auf den Ferritkern aufsteckbar ist. Das Wicklungsblech wird dann direkt an die Leiterplatte, beispielsweise an das Mainboard der Stromversorgungseinheit, angeschlossen. Im Ergebnis trägt sich die Wicklung aufgrund einer ausreichenden Steifigkeit des Leiterblechs selbst, während bei Leiterkartentransformatoren die Wicklungen sämtlich auf einem Substrat aufgebracht sind und von diesem gehalten werden, wobei das Substrat selbst mit dem Mainboard zusätzlich kontaktiert werden muß, beispielsweise durch Winkelverbinder oder Steckleisten, und die Anschlußstifte mechanisch stabilisiert werden müssen.
Durch die Verwendung von einfachen Wicklungsblechen als Sekundärwicklungen, die direkt über eine Leiterplatte verschaltet sind, anstatt von Leiterkarten, in deren Leiterschichten eine oder mehrere Wicklungen eingeätzt sind und die über Anschlußleisten verschaltet und mit der Leiterplatte verbunden werden, ergeben sich unerwartet viele Vorteile gegenüber den eingangs beschriebenen Leiterkartentransformatoren.
Zunächst ist die Auslegung und Produktion solcher Flachtransformatoren unabhängig von standardisierten Leiterkarten und deren Kupferdicken. Da keine Leiterkarten mit Sonder-Kupferdicken mehr benötigt werden, können die Produktionskosten des Flachtransformators erheblich gesenkt werden, und zwar zur Zeit bis auf ein Viertel der Kosten für vergleichbare Leiterkartentransformatoren oder sogar noch darunter. Aus dem gleichen Grund besteht kein Problem mehr hinsichtlich der Verfügbarkeit von qualitativ guten Leiterkarten.
Auch ist die Herstellung solcher Leiterkartentransformatoren insofern vereinfacht, als sie gegenüber Leiterkartentransformatoren mit relativ geringem Aufwand fast überall serienmäßig fertigbar sind und insbesondere keine Single-source-Abhängigkeiten von Herstellern für Leiterkarten mit besonderer Leiterschichtdicke bestehen.
Zum anderen entfallen alle Nachteile hinsichtlich möglicher qualitativer Beeinträchtigungen von Leiterkarten bei einer nicht exakten Fertigung. Auch können sicherheitsrelevante Risiken, beispielsweise keine ausreichende Trennung der Primär- und Sekundärspulen voneinander aufgrund möglicher Kriech- und Luftstrecken wegen Lufteinschlüssen oder Verunreinigungen, wie sie bei Leiterkarten bestehen, sicher ausgeschlossen werden.
Ein weiterer erheblicher Vorteil besteht darin, daß die eingesteckten und/oder mit der Leiterplatte eines Gerätes verlöteten Anschlüsse des bzw. der Wicklungsbleche gleichzeitig als mechanische Fixierung dienen, so daß ein zusätzliches Kleben, Klammern, Verschrauben des Flachtransformators am Gerät oder auf der Leiterplatte nicht erforderlich ist.
Des weiteren weist der erfindungsgemäße Flachtransformator im Hinblick auf seine Umweltbilanz gegenüber Leiterkartentransformatoren erhebliche Vorteile auf. So fallen bei dem Verfahren zur Herstellung von Leiterkarten anders als bei der Herstellung von Wicklungsblechen in erheblichem Maße Abfälle an und es wird eine große Menge an Energie benötigt. Hinzu kommt, daß bei der Herstellung von Leiterplatten in Sonderdicke die Ausschußrate aufgrund von Qualitätsmängeln hoch ist, während die Blechleiterelemente äußerst einfach herzustellen sind, in dem sie beispielsweise aus einem vollflächigen Leitermaterial ausgestanzt werden, so daß die Ausschußrate bei der Herstellung von Wicklungsblechen vergleichsweise gering ist. Des weiteren läßt sich der erfindungsgemäße Flachtransformator besser recyclen, da er einfach zu demontieren ist und weniger Verbundmaterialien verwendet werden, was besonders wichtig im Hinblick auf kommende Elektronikschrottverordnungen ist, bei denen zu erwarten ist, daß Hersteller zur Rücknahme ausgelieferter Geräte verpflichtet werden.
Im Ergebnis wird mit dem erfindungsgemäßen Flachtransformator eine gegenüber Leiterkartentransformatoren technisch vergleichbare, aber erheblich preiswertere Lösung zur Verfügung gestellt, die insbesondere zur Verwendung im Leistungsbereich von ca. 150 - 400VA verwendbar ist.
In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flachtransformators sind mindestens zwei Wicklungsbleche über die Leiterplatte zu einer Sekundärspule zusammengeschlossen. Es ist möglich, den erfindungsgemäßen Flachtransformator mit einer Vielzahl von einzelnen Wicklungsblechen zu bestücken, die über die Leiterplatte wahlweise zu einer Hochstromwicklung oder zu mehreren Hochstromwicklungen mit gleicher oder voneinander verschiedener Wicklungszahl über die Leiterplatte zusammengeschaltet werden. Wenn die Verschaltung der einzelnen Wicklungsbleche über einen Treiber oder einen oder mehrere Relais gesteuert wird, so daß wahlweise einzelne Wicklungsbleche der bzw. einer der Sekundärspulen zugeschaltet oder abgeschaltet werden können, wird es sogar möglich, einen mit mehreren Wicklungsblechen versehenen Flachtransformator flexibel einzusetzen,. Auch lassen sich auf Basis des Prinzips des erfindungsgemäße Flachtransformator gegenüber vergleichbaren Leiterkartentransformatoren kurzfristig Muster, Prototypen und Kleinserien mit geänderter bzw. angepaßter Windungszahl realisieren, die Entwicklungszeiten können also verkürzt werden.
Wird ein erfindungsgemäßer Flachtransformator mit zwei Wicklungsblechen ausgeführt, können diese zu beiden Seiten der Primärspule angeordnet sein, wobei zwischen den Sekundärwicklungen und der Primärspule eine ausreichende Isolierung vorgesehen sein muß. Werden mehrere Wicklungsbleche nebeneinander angeordnet, können diese entweder jeweils mit einer Isolierschicht überzogen sein, oder es wird bevorzugt zwischen zwei benachbarten Wicklungsblechen eine isolierende Zwischenlage angeordnet. Letztere Ausführung ist insofern von Vorteil, als das jeweilige Wicklungsblech ausschließlich aus einem Leitermaterial besteht und einfacher wiederverwertet werden kann.
Bevorzugt werden als Wicklungsbleche gestanzte oder erodierte Kupferbleche verwendet. Kupfer ist dabei ein bevorzugtes Leitermaterial, daß sich einfach verarbeiten läßt. Auch sind die Wicklungsbleche bevorzugt - insbesondere im Bereich ihrer Anschlußenden - galvanisch verzinnt, so daß die Bleche einfacher verlötet und auch besser gelagert werden können.
Des weiteren weist der Spulenkörper des erfindungsgemäßen Flachtransformators eine Führung für mindestens eines der Wicklungsbleche auf, in die das Wicklungsblech eingeschoben ist. Hierdurch wird das Wicklungsblech in seiner Position zum Ferritkern fixiert, so daß keine Qualitäts- oder Sicherheitsverluste aufgrund von schief eingesteckten Wicklungsblechen entstehen. Für den gleichen Zweck kann mindestens eines der Wicklungsbleche und/oder mindestens eine der isolierenden Zwischenlagen eine Ausnehmung aufweist, die mit einer Rastnase des Spulenkörpers zusammenwirkt. Eine andere Möglichkeit der Fixierung von Wicklungsblechen besteht beispielsweise darin, daß die Leiterplatte schlitzförmige Aufnahmen aufweist, in die die Wicklungsbleche eingesetzt werden können und somit gleichermaßen fixiert sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Flachtransformator weist der Spulenkörper eine Wickelkammer für die Primärspule auf, wobei die Primärspule aus einem oder mehreren gewickelten Leiterdrähten gebildet sein kann. Zwar ist es grundsätzlich möglich, ähnlich wie bei den Leiterkartentransformatoren die Primärwicklung auf einer Leiterkarte anzuordnen und zwischen zwei Hälften eines Spulenkörpers anzuordnen. Will man aber vollständig auf Leiterkarten verzichten, bietet sich diese bevorzugte Ausgestaltung an, wobei der Spulenkörper dann einstückig, beispielsweise als Spritzgußteil aus einem geeigneten, isolierenden Kunststoff, ausgebildet sein kann. In diesem Fall weist der Spulenkörper einen Mantel auf, der einen Teil des Ferritkerns ummantelt, und zwei zur Mittelachse des Mantels senkrecht nach außen abstehende, umlaufende Wandungen. Der Leiterdraht kann dann zwischen den Wandungen auf den Mantel aufgewickelt werden, während die Wicklungsbleche für die Sekundärwicklung auf der zur Wickelkammer abgewandten Seite der Wandungen aufgesteckt werden. Die Breite und Höhe der durch den Mantel und die Wandungen gebildeten Wickelkammer kann so abgestimmt sein, daß bei gegebenem Drahtdurchmesser ein gleichmäßiger Wicklungsaufbau mit konstanter Windungszahl pro Lage und - bei seriengefertigten Transformatoren - eine gleichbleibende Lagenanzahl erreicht wird und die Wickelkammer optimal gefüllt ist.
Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß eine sichere Primär-Sekundär-Trennung immer gewährleistet ist, da durch die Konstruktion des Spulenkörpers, bei richtiger Montage vorausgesetzt, der geforderte Abstand zwischen Primär- und Sekundärspule(n) nie unterschritten werden kann. Die für diverse Zulassungen geforderten Kriech- und Luftstrecken zwischen Primär- und Sekundärwicklung (meistens >6.4mm) werden je nach Ausgestaltung des Spritzugßkörpers (Stärke der Wandungen) noch weit übertroffen. Ein weiterer erheblicher Vorteil besteht darin, daß bei Einsatz eines gewickelten Leiterdrahts als Primärwicklung gänzlich auf Leiterkarten innerhalb des Flachtransformators verzichtet werden kann, so daß je nach verwendetem Material für den Spulenkörper höhere Betriebstemperaturen möglich sind. Demgegenüber ist bei Leiterkartentransformatoren die max. Betriebstemperatur durch den Tg-Wert (Glasumwandlungspunkt) des Trägermaterials und eine entsprechende Zulassung von Leiterkartentransformatoren auf ca. 130 °C begrenzt.
In einer weiteren Ausgestaltung dieser Ausführung des Spulenkörpers sind je Primärspule mindestens zwei Aufnahmen für Anschlußstifte, an die das Anfang und das Ende mindestens eines Leiterdrahts einer Primärspulenwicklung angeschlossen sind, vorgesehen. Der Vorteil besteht in einer einfachen Herstellung, wobei die Enden der Primärspulen zunächst an die Anschlußstifte angelötet werden können, bevor der Flachtransformator mit den in sich steifen Anschlußstifte einfach auf die Leiterplatte aufgesetzt wird und die Anschlußstifte an die Leiterplatte angelötet werden.
Der Spulenkörper kann darüber hinaus vorteilhaft mit mindestens einer vom Boden der Wickelkammer zu einem der Anschlußstifte, schräg zur Achse dieses Anschlußstiftes verlaufende Drahtführungsnut ausgestaltet werden. Hiermit wird einerseits erreicht, daß die Wicklungen einer Lage vollständig eben und parallel zueinander am Boden der Wickelkammer aufliegen können, ohne daß diese Wicklungen um das Endstück des Leiterdrahtes herumgeführt werden müssen oder eine der Wicklungen auf diesem Ende aufliegt. Somit wird eine Druckentlastung der Wicklungen aller Wicklungslagen erzielt, da jede Wicklung genau auf der Wicklung der darunter liegenden Lage aufliegt. Zum anderen wird mit der Drahtführungsnut eine Zugentlastung des Endstücks des Leiterdrahts am Anschlußstift beim Aufwickeln der Primärspule sicher gewährleistet.
Wie bereits zuvor erwähnt ist der Spulenkörper bevorzugt einteilig, insbesondere als Spritzgußteil, ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Flachtransformator wird bevorzugt mit einem Ferritkern ausgebildet, der aus zwei E-förmigen Kernhälften zusammengesetzt ist, wobei der Spulenkörper auf dem mittleren der drei zueinander parallelen Kernstegen sitzt. Er kann insbesondere mit einem ETD-, EFD-, ELP- oder PQ-Kern ausgebildet sein. Es ist auch möglich, den Flachtransformator anstatt mit einem derartigen zweifach geschlossenen Ferritkern , mit einem einfach geschlossenen Ferritkern (U-Kern) auszubilden, bei dem die Primärspule(n) auf einem Schenkel und die steckbaren Wicklungsbleche der Sekundärspule(n) auf dem anderen Schenkel sitzen. Es sind aber grundsätzlich auch Ausführungen denkbar, bei denen der Flachtransformator mit einem Ringkern ausgebildet ist. In diesem Fall würde es sich beispielsweise anbieten, den Spulenkörper zweiteilig derart auszubilden, daß jeder Teil eine Mantelhälfte umfaßt, wobei die Mantelhälften zu einem Mantel um den Ringkern zusammengesetzt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, die bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen Flachtransformators zeigen, näher erläutert.
Es zeigen

Fig. 1: eine Explosionszeichnung einer ersten bevorzugten Ausfüh rungsform des Flachtransformators,
Fig. 2: eine isometrische Unteransicht des in Figur 1 dargestellten Flachtransformators mit eingesteckten Wicklungsblechen,
Fig. 3: eine Explosionszeichnung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Flachtransformators, und
Fig. 4: eine isometrische Unteransicht des in Figur 3 dargestellten Flachtransformators mit eingesteckten Wicklungsblechen.

Figur 1 zeigt wesentliche Komponenten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Flachtransformators, nämlich einen aus zwei Hälften 1a, 1b bestehenden, dreischenkligen Ferritkern, zwei eine Sekundärspule bildende Wicklungsbleche 2 und einen Spulenkörper 3. Die Primärwicklung ist zur übersichtlicheren Darstellung nicht gezeigt.
Die Wicklungsbleche 2 bestehen aus einem Leitermaterial und werden bevorzugt aus einem Kupferblech ausgestanzt oder erodiert und sind verzinnt. Sie haben ein im wesentlichen U-förmiges, also zu einer Seite hin offenes, Profil. Der obere Steg 4 des U-förmigen Profils weist an der Mitte der Außenkante eine kleine, im wesentlichen viereckige Auskerbung 5 auf. An beiden Enden des Stegs schließen sich freie Schenkel 6, 7 an.
Die Dicke der Wicklungsbleche 2 ist im Vergleich zur Breite ihrer Stege 4und der Schenkel 6, 7 gering. Die Breite eines überwiegenden Teils der Schenkel 6, 7 entspricht im wesentlichen der Breite des Steges 4 im Bereich der Auskerbung 5. Die freien Enden der Schenkel 6, 7 sind als Löt- oder Steckkontakte 8, 9 ausgebildet, deren Breite etwas weniger als halb so groß ist wie die des überwiegenden Teils der Schenkel 6, 7. Die Enden könnten auch als Schneidkontakte ausgebildet sein, indem sie angefast werden.
Der Spulenkörper 3 ist ein einstückiges Spritzgußteil mit einer Mantelfläche 10, die im montierten Zustand des Flachtransformators den mittleren Schenkel des Ferritkerns umschließt. An die Mantelfläche 10 schließen sich zwei senkrecht dazu und in Umfangsrichtung verlaufende Wandungen 11, 12 an, die zusammen mit der Mantelfläche 10 eine in Umfangsrichtung nach außen offene Wickelkammer 13 für die Primärspule bilden. Breite und Höhe dieser Wickelkammer sind so aufeinander abgestimmt, daß bei einem gewählten Drahtdurchmesser des Leiterdrahts für die Primärspule ein gleichmäßiger Wickelaufbau mit konstanter Leiterzahl pro Lage erreicht und die Wickelkammer optimal gefüllt werden kann. Hierdurch kann der Wicklungsaufbau der Primärspule in elektrischer und magnetischer Hinsicht, insbesondere im Hinblick auf Skin- und Proximity-Effekte, optimiert werden.
An jeder der Wandungen 11, 12 sind auf ihrer zur Wickelkammer 13 abgewandten Seite für jeden freien Schenkel 6, 7 der Wicklungsbleche 2 jeweils zwei seitliche Führungsschlitze 14a, 14b, 14c, 14d vorgesehen, wobei sich die an der Außenkante der Wandungen 11, 12 angeordneten Führungsschlitze 14a, 14d für die Außenkanten der Schenkel 6, 7 der Wicklungsbleche über die gesamte Kantenlänge der Wandungen 11, 12 erstrecken und sich die Führungsschlitze 14b, 14c für die Innenkanten der freien Schenkel 6, 7 von der oberen Mantelfläche 10 bis zur Unterkante des Spulenkörpers 3 erstrecken. Darüber hinaus ist an der oberen Mantelfläche 10 zu beiden Außenseiten der Wandungen 11, 12 eine Stoßkante 15 für die Innenseite der Stege 4 der Wicklungsbleche 2 und an den Oberkanten der Wandungen 11, 12 mittig eine Rastnase 16a, 16b ausgebildet, so daß die an den Außenseiten der Wandungen 11, 12 in den Spulenkörper 3 eingeschobenen Wicklungsbleche 2 durch die Führungsschlitze 14a, 14b, 14c, 14d, die Stoßkanten 15 und die mit den Auskerbungen 5 zusammenwirkende Rastnasen 16a, 16b vollständig fixiert sind, wobei die Löt- bzw. Steckkontakte 8, 9 der Wicklungsbleche 2 über die Unterkante des Spulenkörpers 3 hinausstehen. Mit dieser Fixierung wird gewährleistet, daß immer ein definierten Abstand zum später durchgesteckten Ferritkern 1a, 1b besteht, was zur Einhaltung von bestehenden Sicherheits- und Zulassungsanforderungen zwingend notwendig ist. Gleichzeitig wird ein ausreichend großer Oberflächenanteil der Wicklungsbleche 2 direkt vom forcierten Luftstrom des Gerätes erfaßt, so daß eine ausreichende Kühlung des Transformators sichergestellt werden kann.
Wie sich insbesondere auch Figur 2, in der der Flachtransformator mit eingesteckten Wicklungsblechen 7 in Ansicht von unten dargestellt ist, entnehmen läßt, sind die Wandungen 11, 12 in ihrem unteren Bereich zwischen den Führungsschlitzen 14a, 14b, 14c, 14d für die inneren Schenkelkanten verdickt ausgebildet und weisen jeweils mindestens eine nach unten offene Bohrung als Aufnahme für Anschlußstifte 17a, 17b, die einen quadratischen Querschnitt haben zum Anschluß der Enden der Primärwicklungen auf. Der Durchmesser der Bohrungen ist etwas kleiner als die Querschnittsdiagonale der Anschlußstifte 17a, 17b, so daß die Anschlußstifte 17a, 17b in die Bohrungen eingepreßt werden müssen und aufgrund der Preßpassung ausreichend fixiert sind. Die in die Bohrungen eingepreßten Anschlußstifte 17a, 17b stehen in etwa genauso weit über die Unterkante des Spulenkörpers 3 über wie die Löt- bzw. Steckkontakte 8, 9.
In einem der verdickt ausgebildeten Bereiche der Wandungen 11, 12 ist eine zur Achse der Anschlußstifte 17a, 17b schräg verlaufende, nach unten offene Drahtführungsnut 18 vom Anschlußstift 17b zur Wickelkammer 13 vorgesehen. Durch diese Drahtführungsnut 18 wird ein unnötiger mechanischer Druck auf den Draht des Wicklungsanfanges durch die nachfolgenden Windungen vermieden, was im Betrieb bei evtl. anliegenden hohen Primärspannungen unter Umständen zu Überschlägen und Windungskurzschlüssen in der Wicklung führen könnte.
Zum Zusammensetzen des dargestellten Flachtransformators wird zunächst der Spulenkörper 3 mit den Anschlußstiften 17 bestückt. Nach dem Einpressen der Anschlußstifte 17 wird die gewünschte Anzahl von Windungen der Primärwicklung in konventioneller Weise mit einer Wickelmaschine in der Wickelkammer 13 des Spulenkörpers 3 aufgewickelt. Je nach Isolationsanforderung des Gerätes kann der Leiterdraht für die Primärwicklung beispielsweise als einfach- oder mehrfachisolierter Kupferrunddraht oder auch als nylon-umsponnene Hochfrequenzlitze ausgeführt sein. Zum Aufwickeln wird der Anfang des Leiterdrahts für die Primärspule in der erforderlichen Länge abisoliert und um einen der Anschlußstifte 17 gewickelt. Von diesem Anschlußstift 17 aus wird der Leiterdraht durch die schräg verlaufende Drahtführungsnut zum Boden der Wickelkammer 13 geführt, in der Wickelkammer zur Primärspule aufgewickelt und das entsprechend abisolierte Ende des Leiterdrahts dann zum anderen Anschlußstift geführt und um diesen herum gewickelt. Danach werden die Anschlußstifte 17 mit den abisolierten Drahtenden, beispielsweise im Tauch- Schwallötbecken, verlötet.
Nach der Verlötung werden die Wicklungsbleche 2 als Sekundärwicklungen in die Führungsschlitze 14a, 14b, 14c, 14d zu beiden Seiten der Wickelkammer 13 eingeschoben. Beim Einschieben müssen die Wicklungsbleche 2 in die Rastnasen 16a, 16b vom Spulenkörper 3 einrasten, um ein späteres Zurückgleiten der Wicklungsbleche 2, etwa beim Transport oder bei der Montage des gesamten Transformators auf einer Platine, zu verhindern. Abschließend werden die beiden Ferritkernhälften 1a, 1b mit ihren mittleren Schenkeln zu beiden Seiten in den Spulenkörper 3 eingeschoben und miteinander verklebt. Alternativ können die Ferritkernhälften 1a, 1b auch mit Klammern oder ein um den gesamten Ferritkern herum gewickeltes Klebeband zusammengehalten werden.
Der auf diese Weise zusammengesetzte Flachtransformator kann dann auf eine hier nicht dargestellte Leiterplatte aufgesetzt und auf dieser verlötet werden. Die Leiterplatte ist so ausgebildet, daß die Wicklungsbleche 2 dann als Sekundärspule zusammengeschaltet sind.
Abschließend erfolgt die Funktions- und Sicherheitsprüfung der kompletten Transformators.
In Figur 3 sind wesentliche Komponenten einer anderen bevorzugten Ausführungsform, des erfindungsgemäßen Flachtransformators dargestellt. Er weist einen aus zwei Hälften 21a, 21b bestehenden, dreischenkligen Ferritkern, vier Wicklungsbleche 22, die zu einer oder mehreren Sekundärwicklungen über eine nicht dargestellte Leiterplatte zusammengeschlossen werden können, und einen Spulenkörper 23 auf. Leiterplatte und Primärwicklung sind auch hier zur übersichtlicheren Darstellung nicht gezeigt.
Die Wicklungsbleche 22 unterscheiden sich zu denen der zuvor beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß jedes Wicklungsblech 22 aus vier zueinander senkrechten Stegen 24, 25, 26, 27 gleicher Breite gebildet wird, wobei der untere Steg 27 nicht durchgehend ist, sondern zu einer Seite hin durchbrochen ist. Zu beiden Seiten des Durchbruchs 28des unteren Steges 27 schließen sich an den unteren Steg 27 nach unten Löt- bzw. Steckkontakte 29, 30 an, wobei einer der Löt- bzw. Steckkontakte 29 in der Mitte der Unterkante des Wicklungsblechs 22 angeordnet ist.
Darüber hinaus sind zwei Isolierlagen 31 vorgesehen, deren Profile aus vier umlaufenden Stegen gebildet sind, die etwas breiter als die Stege der Wicklungsbleche 22 sind, so daß zwei Wicklungsbleche 22, zwischen denen eine solche Isolierlage 31 angeordnet ist, vollständig voneinander elektrisch isoliert sind. An ihrer Oberkante weisen die Isolierlagen jeweils eine Auskerbung 32 auf.
Auch bei dieser Ausführungsform ist der Spulenkörper 23 ein einstückiges Spritzgußteil mit einer Mantelfläche 33, die im montierten Zustand des Flachtransformators den mittleren Schenkel des Ferritkerns umschließt. An die Mantelfläche 33 schließen sich zwei senkrecht dazu und in Umfangsrichtung verlaufende Wandungen 34, 35 an, die zusammen mit der Mantelfläche eine in Umfangsrichtung nach außen offene Wickelkammer 36 bilden. Breite und Höhe dieser Wickelkammer 36 sind so aufeinander abgestimmt, daß bei einem gewählten Drahtdurchmesser ein gleichmäßiger Wickelaufbau mit konstanter Leiterzahl pro Lage erreicht und die Wickelkammer 36 optimal gefüllt werden kann.
An jeder der Wandungen 34, 35 ist auf ihrer zur Wickelkammer 36 abgewandten Seite ein Führungsrahmen für die Wicklungsbleche 22 vorgesehen, der Führungsschlitze 37a, 37b für die Außenkanten der seitlichen Stege 24, 26 der Wicklungsbleche 22 aufweist, die sich über die gesamte Kantenlänge der Wandungen 34, 35 erstrecken, und einen unteren Steg 38, der eine Stoßkante für die Unterkante der in die Führungsschlitze 37a, 37b eingeschobenen Wicklungsbleche 22 bildet. Die Führungsschlitze 37a, 37b sind so bemessen, daß zwei Wicklungsbleche 22, zwischen denen eine Isolierlage 31 angeordnet ist, eingeschoben werden können. Der untere Steg 38 des Führungsrahmens weist Durchbrüche 39, 40, 41 zum Durchstecken der Löt- bzw. Steckkontakte 29, 30 der Wicklungsbleche 22 auf, wobei ein zentraler Durchbruch 40 vorgesehen ist, durch den die beiden zentralen Löt- bzw. Steckkontakte 29 beider nebeneinander liegender Wicklungsbleche durchgesteckt werden können, und zu beiden Seiten des zentralen Durchbruchs zwei weitere Durchbrüche 39, 41 für jeweils den anderen Steckkontakt 30 der Wicklungsbleche 22 vorgesehen sind.
Wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist an den Oberkanten der Wandungen 34, 35 mittig eine Rastnase 42a, 42b ausgebildet. Werden zwei Wicklungsbleche 22 so zusammen mit einer dazwischen liegenden Isolierlage 31 aufeinandergestapelt, daß die zentralen Löt- bzw. Steckkontakte 29 nebeneinander und die seitlichen Löt- bzw. Steckkontakte 30 zu jeweils unterschiedlichen Seiten der zentralen Löt- bzw. Steckkontakte 29 liegen, können sie in den Führungsrahmen eingeschoben werden, so daß sie von dem Führungsrahmen und der Rastnase 42a, 42b vollständig in ihrer Position am Spulenkörper 23 fixiert sind.
An der Außenkante jeweils eines der Führungsschlitze 37a der Führungsrahmen erstrecken sich - wie sich insbesondere Figur 4 entnehmen läßt - jeweils in Richtung von der Wickelkammer weg Aufnahmeblöcke 43a, 43b mit Bohrungen zur Aufnahme von jeweils zwei Anschlußstiften 44a, 45a, 44b, 45b für zwei getrennte Primärspulenwicklungen. Die Unterseite dieser Blöcke 43 schließt mit der Unterkante des Spulenkörpers 23 ab. Die in die Bohrungen eingesetzten Anschlußstifte 44a, 45a, 44b, 45b stehen in etwa genauso weit über die Unterkante des Spulenkörpers 23 über wie die durch die Durchbrüche 39, 40, 41 des Führungsrahmens durchgesteckten Löt- bzw. Steckkontakte 29, 30.
Aus der in Figur 4 dargestellten Unteransicht des Flachtransformators mit eingesteckten Wicklungen ergibt sich, daß auch hier Drahtführungsnuten 46a, 46b von der Wickelkammer 36 in Richtung zur Unterseite der Wandung verlaufen. Das bzw. die Enden des Leiterdrahts bzw. der Leiterdrähte einer oder mehrerer Primärspulen können hierüber vom Boden der Wickelkammer 36 weg über die Unterseiten der Aufnahmeblöcke 43a, 43b zu einem der Anschlußstifte 44a, 45a, 44b, 45b oder zu beiden Anschlußstiften 44a, 45a, 44b, 45b eines Aufnahmeblocks 43a, 43b geführt werden.
An der Unterseite des Spulenkörpers ragen vier Positionierungsfüße 47a, 47b, 47c, 47d heraus, die zur Positionierung des fertig montierten Flachtransformators auf einer Leiterplatine verwendet werden können, wenn auf dieser entsprechende Ausnehmungen vorgesehen sind.
Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flachtransformators wird genauso zusammengesetzt wie die zuvor beschriebene Ausführungsform, mit Ausnahme der anderen Art der Steckweise der Wicklungsbleche 22 samt Isolierlage 31 in die Führungsrahmen und der Möglichkeit, zwei Primärwicklungen in der Wickelkammer 22 aufzuwickeln und an die Anschlußstifte 44, 45 anzuschließen.
Für beide Ausführungsformen gilt, daß die Anschlüsse der Bleche auf der Hauptplatine des Gerätes durch Leiterbahnen entsprechend verschaltet werden müssen, um die für die jeweilige Topologie der Schaltung gewünschte Windungszahlen zu erhalten, beispielsweise ist sekundärseitig eine Windungszahl von 1 oder 2 bei einer Zweiblechvariante bzw. 2 oder 4 bei einer Vierblechvarianten dieser Erfindung möglich.
Die durch die hohen Sekundärströme bedingt breiten und dicken Leiterbahnen zu den Wicklungsblechen sorgen ebenfalls noch für eine Wärmeabfuhr aus dem Transformator. Zudem ergibt sich durch die 4, bzw. 8 Lötstellen (Anfang und Ende je Wicklungsblech) eine extrem stabile Verbindung zwischen Transformator und Hauptleiterkarte des Gerätes. Weitere Befestigungen sind nicht erforderlich.

Claims

Flachtransformator mit einem Ferritkern (1a, 1b, 21a, 21b), mindestens einer Primärspule und mindestens einer Sekundärspule, die auf einer Leiterplatte anschließbar sind, und einem Spulenkörper (3, 23) mit einer Mantelfläche (10, 33), wobei der Spulenkörper einen Teil des Ferritkerns (1a, 1b, 21a, 21b) umschließt und mindestens eine Sekundärspule trägt, dadurch gekennzeichnet, daß jede der vom Spulenkörper (3, 23) getragenen Sekundärspulen durch mindestens ein an einer Seite offenes Wicklungsblech (2, 22) gebildet ist und die Primärspule aus mindestens einem gewickelten Leiterdraht besteht, wobei der Spulenkörper zwei sich senkrecht an die Mantelfläche anschliessende, in Umfangsrichtung verlaufende Wandungen (11, 12) aufweist, welche zusammen mit der Mantelfläche eine nach aussen offene Wickelkammer (13, 36) für die Primärspule bilden, und dass mindestens eine der Wandungen (11, 12) auf einer der Wickelkammer (13, 36) abgewandten Seite je zwei Führungsschlitze (14a, 14d) aufweist, wobei mindestens eines der Wicklungsbleche (2, 22) in die Führungsschlitze einsteckbar und an die Leiterplatte anschließbar ist.
Flachtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Wicklungsbleche (2, 22) über die Leiterplatte zu einer Sekundärspule zusammengeschlossen sind.
Flachtransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei auf dem Spulenkörper (3, 23) nebeneinander angeordneten Wicklungsblechen (2, 22) eine isolierende Zwischenlage (31) angeordnet ist.
Flachtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsbleche (2, 22) gestanzte oder erodierte Kupferbleche sind.
Flachtransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsbleche (2, 22) galvanisch verzinnt sind.
Flachtransformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Wicklungsbleche (2, 22) und/oder mindestens eine der isolierenden Zwischenlagen (31) eine Auskerbung (5, 32) aufweist, die mit einer Rastnase (16a, 16b, 42a, 42b) des Spulenkörpers (3, 23) zusammenwirkt.
Flachtransformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (3, 23) mindestens zwei Aufnahmen für Anschlußstifte (17, 44, 45), an die der Anfang und das Ende mindestens eines Leiterdrahts angeschlossen sind, aufweist.
Flachtransformator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens eine vom Boden der Wickelkammer (13, 36) zu mindestens einem der Anschlußstifte (17, 44, 45) und zur Achse dieses Anschlußstiftes (17, 44, 45) schräg verlaufende Drahtführungsnut.
Flachtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (3, 23) einteilig ist.
Flachtransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkern aus zwei E-förmigen Kernhälften (1a, 1b, 21a, 21b) zusammengesetzt ist und der Spulenkörper (3, 23) auf dem mittleren der drei zueinander parallelen Kemstegen sitzt.