Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wickelkörper für mindestens
zwei Transformatoren mit jeweils einem Wickelteilkörper pro
Transformator zur Aufnahme der Transformatorwicklungen und eines
einen U-Kern und einen I-Kern aufweisenden Transformatorkerns
jeweils eines Transformators. Die Erfindung betrifft ferner eine
Transformatoranordnung mit mindestens zwei Transformatoren mit
jeweils zwei Transformatorwicklungen, einem einen U- und einen I-Kern
aufweisenden Transformatorkern und mit einem solchen Wickelkörper.
Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Schaltungsanordnung mit
einer solchen Transformatoranordnung.
In vielen elektrischen Schaltungen wird oft mehr als ein Transformator
benötigt. Üblicherweise werden dann mehrere getrennte
Transformatoren benutzt, wobei jeder Transformator seinen eigenen
Wickelkörper aufweist, auf dem die Transformatorwicklungen und der
zugehörige Transformatorkern angebracht sind. Transformatoren und
deren Wickelkörper sind in vielfacher Zahl bekannt. Ein
Kammertransformator für ein Schaltnetzteil mit einem Spulenkörper, der
mehrere Kammern zum Aufnehmen der Transformatorwicklungen
aufweist, und mit einem aus zwei Kernhälften bestehenden
Transformatorkern ist beispielsweise aus der EP 0 848 396 bekannt.
Dort sind die beiden Kernhälften U-förmig ausgestaltet. Vielfach wird
jedoch der Transformatorkern aus einem U-förmigen U-Kern und einem
stabförmigen I-Kern aufgebaut.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wickelkörper für
mindestens zwei Transformatoren zu schaffen, mit dem mehrere
Transformatoren kosten- und platzsparend angeordnet werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wickelkörper
gemäß Anspruch 1, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die
Wickelteilkörper eine gemeinsame, die Wickelteilkörper verbindende
Aufnahmeschiene aufweisen zur Aufnahme eines den Transformatoren
gemeinsamen I-Kerns und dass die Wickelteilkörper so ausgestaltet
sind, dass die mindestens zwei Transformatoren voneinander
beabstandet angeordnet sind.
Eine Transformatoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in
Anspruch 9 definiert. Eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
ist in Anspruch 10 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen definiert.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Wickelkörper so
auszugestalten und mit einer Aufnahmeschiene zu versehen, dass ein
gemeinsamer I-Kern für die Transformatoren verwendet werden kann.
Ferner soll der Wickelkörper so ausgestaltet sein, dass die mindestens
zwei Transformatoren in enger Nachbarschaft, aber dennoch
beabstandet voneinander angeordnet sind, so dass die beiden
Transformatoren elektrisch und magnetisch voneinander weitgehend
entkoppelt sind. Jeder Transformator weist also einen eigenen U-Kern
und eigene Transformatorwicklungen auf, die auf dem jeweiligen
Wickelteilkörper aufgewickelt sind, und jedem Transformator ist ein Teil
des gemeinsamen I-Kerns zugeordnet, der zusammen mit dem
jeweiligen U-Kern einen magnetischen Kreis bildet.
Mit dem erfindungsgemäßen Wickelkörper können somit zwei oder mehr
Transformatoren, die alle entweder unterschiedlich oder gleich
ausgestaltet sind, platz- und kostensparend gebildet werden. Durch die
Verwendung eines gemeinsamen I-Kerns für alle Transformatoren
reduziert sich die Anzahl der Transformatorkerne, was zu einer
einfacheren Montage und einer Reduzierung der Kosten führt.
Bevorzugt wird erfindungsgemäß für alle Transformatoren ein
gemeinsamer I-Kern verwendet, der bevorzugt einstückig ausgestaltet
ist. Es ist jedoch genauso möglich, einen mehrstückigen I-Kern
anzuordnen, wobei die einzelnen Stücke dann insgesamt den
gemeinsamen I-Kern bilden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Abstandselement zur
Beabstandung der Transformatoren, insbesondere ein an der
Aufnahmeschiene angeordneter Trennsteg zwischen jeweils zwei
benachbarten Wickelteilkörpern, vorgesehen. Dadurch wird eine sichere
magnetische Entkopplung der einzelnen magnetischen Kreise der
Transformatoren erreicht, insbesondere eine mechanische Trennung der
einzelnen U-Kerne, die sich somit nicht berühren können. Grundsätzlich
kann jedoch auch durch andere Mittel eine solche Berührung verhindert
werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist an einem Ende der
Aufnahmeschiene ein als Anschlag für den gemeinsamen I-Kern
dienendes Begrenzungselement angeordnet. Dieses dient insbesondere
zur Bestimmung einer Endposition des I-Kerns bei dessen Montage, da
der I-Kern bevorzugt in die Aufnahmeschiene von einer Seite
eingeschoben wird. Das Begrenzungselement verhindert somit, dass der
I-Kern auf der anderen Seite wieder hindurchgeschoben wird oder an
der falschen Stelle positioniert wird. Ein solches Begrenzungselement
kann beispielsweise eine einfache Kunststoffnase am Ende der
Aufnahmeschiene sein.
In einer weiteren Ausgestaltung sind an den Wickelteilkörpern
Führungsnoppen zur Bestimmung der Position des jeweiligen U-Kerns
angeordnet. Dadurch wird einerseits eine fehlerhafte Montage und
andererseits ein Verrutschen der U-Kerne verhindert.
Ferner sind bevorzugt an einer Seite der Wickelteilkörper
Auflagenoppen angeordnet zum planen Auflegen des Wickelkörpers auf
einer ebenen Fläche. Sowohl die Auflagenoppen als auch die
Führungsnoppen können ferner so angeordnet sein, dass sie zur
Umlenkung einzelner Drähte der Transformatorwicklungen dienen, was
insbesondere von Bedeutung ist, wenn der Transformator als
Mehrkammertransformator aufgebaut ist, bei dem die einzelnen
Transformatorwicklungen in mehrere Teilwicklungen unterteilt sind, die
jeweils in einer separaten Kammer gewickelt sind, wie dies gemäß einer
weiteren Ausgestaltung vorgesehen ist.
So kann der Wickelkörper beispielsweise zur Aufnahme zweier
Transformatoren ausgestaltet sein, wobei der Haupttransformator
beispielsweise zwei galvanisch getrennte Sekundärwicklungen
aufweisen kann, die in getrennten Kammern aufgewickelt sind, wobei
eine sichere elektrische Trennung, bei entsprechender
Zusatzverarbeitung, nach UL508 bzw. IEC950 oder EN60558, bei
entsprechendem Vakuumvollverguss, gegeben ist. Ferner kann die
Primärwicklung des Haupttransformators beispielsweise in drei einzelne
Kammern unterteilt sein, wobei jede Kammer ein Drittel der
Gesamtwindungszahl aufnimmt. Dies hat den Vorteil, dass an jeder
Teilwicklung nur ein Drittel der an der Gesamtwicklung anliegenden
Spannung anliegt und somit die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen
den Wickeldrähten verringert bzw. die Durchschlagsfestigkeit der
einzelnen Drahtisolation niedriger ausgestaltet sein kann.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der erfindungsgemäße
Wickelkörper ferner Führungsschlitze auf zum Ein- und Ausführen von
Drähten der Transformatorwicklungen. Dies ist ebenfalls insbesondere
von Bedeutung bei Mehrkammertransformatoren, da mittels dieser
Führungsschlitze verhindert werden kann, dass Anfang und Ende einer
Wicklung oder einer Teilwicklung sich kreuzen, was zu Kurzschlüssen
führen würde. Die Führungsschlitze sind entsprechend so angeordnet,
dass derartige Kreuzungen verhindert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wickelkörpers
sowie der zugehörigen Transformatorkerne für zwei
Transformatoren,
- Fig. 2
- eine Ansicht der Unterseite des in Figur 1 gezeigten
Wickelkörpers,
- Figuren
3 und 4
- unterschiedliche Seitenansichten des in Figur 1 gezeigten
Wickelkörpers mit montierten Transformatorkernen und
- Fig. 5
- eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung mit einer Transformatoranordnung.
In Figur 1 ist eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Wickelkörpers 1 für zwei Transformatoren gezeigt. Außerdem sind zwei
U-Kerne 2, 3 für die beiden Transformatoren und ein für beide
Transformatoren zu verwendender, stabförmig gebildeter I-Kern 4
gezeigt. Der Wickelkörper 1 ist mechanisch als ein einziges Element,
vorzugsweise überwiegend aus elektrisch isolierendem Material,
beispielsweise Kunststoff, gebildet und weist zwei Wickelteilkörper 10,
11 für die beiden Transformatoren auf. Diese beiden Wickelteilkörper 11,
12 sind jeweils dafür vorgesehen und ausgestaltet, die einzelnen
Transformatorwicklungen (nicht gezeigt) der beiden Transformatoren
sowie die Transformatorkerne 2, 3, 4 aufzunehmen. Die Wickelteilkörper
10, 11 sind über eine gemeinsame Aufnahmeschiene 12 miteinander
verbunden, die gleichzeitig auch dazu dient, den I-Kern 4 im Inneren der
Wickelteilkörper 10, 11 aufzunehmen.
Zur Montage der U-Kerne 2, 3 auf dem jeweiligen Wickelteilkörper 10,
11 sind auf der Oberseite jeweils mehrere voneinander beabstandete
Führungsnoppen 13 angebracht, zwischen denen die U-Kerne 2, 3
jeweils möglichst genau eingelegt werden können und dort bevorzugt
auch festgehalten werden. Zur Anbringung des Wickelkörpers 1 auf
einer Leiterplatine und zur elektrischen Verbindung der
Transformatorwicklungen mit Leiterbahnen der Leiterplatte sind ferner
an der Unterseite metallische Drahtstifte 14 vorgesehen.
Die Wickelteilkörper 10, 11 selbst weisen jeweils mehrere
Wickelkammern auf zur Aufnahme der einzelnen Wicklungen (Primär-
und Sekundärwicklung) oder Teilwicklungen der Transformatoren. In der
gezeigten Ausgestaltung des Wickelkörpers 1 ist der Wickelteilkörper 10
vorgesehen zur Bildung eines eine Primär- und eine Sekundärwicklung
aufweisenden Transformators, beispielsweise für Schaltnetzteile oder
einen Ansteuerübertrager. Dazu weist der Wickelkörper 10 eine erste
Wickelkammer 101 für beispielsweise die Primärwicklung und eine
zweite Wickelkammer 102 für beispielsweise die Sekundärwicklung
dieses Transformators auf.
Der zweite Wickelkörper 11 ist in der gezeigten Ausgestaltung zur
Bildung eines Mehrkammertransformators vorgesehen, welcher eine in
drei einzelne Teilwicklungen unterteilte Primärwicklung und zwei
galvanisch getrennte Sekundärwicklungen aufweist. Ein solcher
Transformator wird beispielsweise oft als Leistungstransformator
benutzt, wobei die Unterteilung der Primärwicklung in drei
Teilwicklungen bewirkt, dass an jeder Teilwicklung nur ein Drittel der
Gesamtspannung (von beispielsweise 800V DC) anliegt. Der
Wickelteilkörper 11 weist dazu in der gezeigten Ausgestaltung
insgesamt fünf Wickelkammern 111-115 auf, wobei die Wickelkammern
111, 113, 115 für die drei Teilwicklungen der Primärwicklung, die
Wickelkammer 112 für die erste Sekundärwicklung und die
Wickelkammer 114 für die zweite Sekundärwicklung (oder auch für eine
Primär-Hilfswicklung zur Selbstversorgung auf der Primärseite)
vorgesehen sind.
Durch die gemeinsame Verwendung des I-Kerns, der auf der
Aufnahmeschiene 12 in die Wickelteilkörper 10, 11 eingeschoben und
dort festgehalten wird, reduziert sich insgesamt die Anzahl der zu
verwendenden Transformatorkerne. Durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung des Wickelkörpers 1 lassen sich somit die
Transformatoren einfacher, schneller, platzsparender und
kostengünstiger aufbauen. Es ist klar, dass der Wickelkörper 1 auch zur
Aufnahme von mehr als zwei Transformatoren ausgestaltet sein kann,
indem mehr als zwei Wickelteilkörper vorgesehen werden und die
Aufnahmeschiene entsprechend verlängert wird, so dass auch bei mehr
als zwei Transformatoren nur ein einziger I-Kern verwendet wird.
Eine Draufsicht auf die Unterseite des in Figur 1 gezeigten
Wickelkörpers 1 ist in Figur 2 gezeigt. Darin ist erkennbar, dass an der
Unterseite der Wickelteilkörper 10, 11 an mehreren Stellen
Auflagenoppen 15 vorgesehen sind, die dazu dienen, dass der
Wickelteilkörper plan auf einer Ebene aufliegt, beispielsweise nach
Montage auf einer Leiterplatte mittels der Drahtstifte 14 plan auf dieser
Leiterplatte aufliegt. Ferner sind die Auflagenoppen 15 so ausgestaltet,
dass sie einen Kurzschluss mit der Leiterplatte verhindern, d.h., die
Höhe der Auflagenoppen 15 ist derart ausgestaltet, dass an der
Unterseite der Wickelteilkörper 10, 11 entlanglaufende Drähte der
Transformatorwicklungen nicht in Berührung gelangen können mit der
Leiterplatte. Darüber hinaus sind die Auflagenoppen 15 auch so
ausgestaltet und angeordnet, dass sie als Umlenkpunkte für einzelne
Drähte der Transformatorwicklungen dienen, beispielsweise beim
Verbinden einzelner Teilwicklungen der Primärwicklung.
Ferner sind in Figur 2 an mehreren Stellen Führungsschlitze 16
erkennbar, die zum Ein- oder Ausführen von Drähten der
Transformatorwicklungen dienen, insbesondere der Anfangs- und
Endstücke der Drähte beim Wickeln der Transformatoren. Diese
Führungsschlitze 16 sind vorzugsweise so angeordnet, dass sich
einerseits Anfang und Ende einer Drahtwicklung als auch Drähte
unterschiedlicher Teilwicklungen oder Wicklungen nicht berühren
können.
In den Figuren 3 und 4 ist der in Figur 1 gezeigte Wickelkörper in
verschiedenen Seitenansichten und mit montierten U-Kernen und
montiertem I-Kern gezeigt. Erkennbar ist darin, dass die U-Kerne 2, 3
von oben über den zugehörigen Wickelteilkörper 10 bzw. 11 aufgesteckt
werden, so dass sie auf der Oberseite der Wickelteilkörper zwischen
den Führungsnoppen 13 eingepasst sind. Ferner sind die beiden
Schenkel der U-Kerne 2, 3 in der Länge so ausgestaltet, dass sie genau
auf dem in die Wickelteilkörper 10, 11 eingeschobenen I-Kern 4
aufliegen und mit diesem beispielsweise verklebt werden können.
In Figur 3 ist ferner ein als Anschlag dienendes Begrenzungselement 17
am Ende der Aufnahmeschiene 12 erkennbar. Dieses
Begrenzungselement 17 kann beispielsweise eine einfach
Kunststoffnase sein, die verhindert, dass der I-Kern zu weit durch die
Wickelteilkörper 10, 11 hindurchgeschoben wird und auf dieser Seite
des Wickelkörpers 11 möglicherweise wieder herausfällt.
Weiter ist auf der Aufnahmeschiene 12 zwischen den beiden
Wickelteilkörpern 10, 11 ein Trennsteg vorgesehen, der verhindert, dass
sich beiden U-Kerne 2, 3 berühren können und diese immer
beabstandet hält. Dieser Trennsteg 18 ist so ausgestaltet, dass innen
hindurch der I-Kern 4 geschoben werden kann und dass die beiden
magnetischen Kreise durch die U-Kerne 2, 3 und den gemeinsamen I-Kern
4 immer getrennt bleiben.
Eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei
der zwei auf einem Wickelkörper der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten
Art aufgewickelte Transformatoren eingesetzt werden können, ist in
Figur 5 beispielhaft gezeigt. Dort sind zunächst der gemeinsame I-Kern
4 und die beiden U-Kerne 2 und 3 erkennbar. Der erste, auf dem
Wickelteilkörper 10 aufgewickelte Transformator 20 ist als
konventioneller Transformator mit einer Primär- und einer
Sekundärwicklung ausgestaltet und dient als Ansteuerübertrager für die
Ansteuerungseinheit 21. Der zweite Transformator, der auf dem
Wickelteilkörper 11 aufgewickelt ist, weist eine in drei Teilwicklungen
aufgeteilte Primärwicklung 30 und zwei Sekundärwicklungen 31, 32 auf,
an denen zwei getrennte Sekundärspannungen abgegriffen werden
können.
Die Anwendung der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die in Figur
5 gezeigte Schaltung begrenzt, sondern kann überall dort verwendet
werden, wo mehr als ein Transformator in einer Schaltung benutzt
werden soll. Die einzelnen Transformatoren können identisch oder
unterschiedlich ausgestaltet sein. Mit der Erfindung lässt sich eine
einfache, platzsparende und kostengünstige Montage erreichen.