Beschreibung
Vorrichtung zur Potentialtrennung und Ringkerndrossel Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Potentialtrennung zum Einbau in ein Kernloch eines Ringkerns. Darüber hinaus betrifft die Anmeldung eine Ringkerndrossel, die einen Ring¬ kern, eine Vorrichtung zur Potentialtrennung sowie wenigstens zwei durch die Vorrichtung elektrisch voneinander isolierte Wicklungen aufweist.
Ringkerndrosseln mit auf einem Ringkern angeordneten Wicklungen sind vielfach bekannt. Bei Ringkerndrosseln mit mehreren Wicklungen stellt sich dabei grundsätzlich das Problem, die einzelnen Wicklungen elektrisch voneinander zu trennen.
Ein Ansatz besteht darin, die Drähte einzelner Wicklungen e- lektrisch zu isolieren. Dies ist jedoch verhältnismäßig teuer und führt zu einer Erhöhung des Platzbedarfs.
Aus der EP 1797572 Bl sind eine Vorrichtung zur Potentialtrennung, eine Ringkerndrossel und ein Verfahren zur Herstel¬ lung einer Ringkerndrossel bekannt. Die dort beschriebene Vorrichtung zur Potentialtrennung umfasst ein Mittelteil so- wie drei nach außen verlaufende, elastisch verformbare und um das Mittelteil aufwickelbare Stege, die jeweils an ihrem vom Mittelteil abgewandten Ende einen starren Isolierbereich aufweisen. Durch Verdrehung des Mittelteils gegenüber den Isolierbereichen wird die Vorrichtung an den Innendurchmesser von unterschiedlichen Ringkernen angepasst.
Bei der bekannten Vorrichtung sind für eine korrekte Positio¬ nierung und Sicherung der Vorrichtung mindestens drei Stege erforderlich. Sie eignet sich daher insbesondere nicht für
Ringkerndrosseln mit nur zwei Wicklungen, wie sie insbesondere beim Einsatz in Netzfiltern vielfach verwendet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach her- zustellende und zu montierende Vorrichtung zur Potentialtren¬ nung zum Einbau in ein Kernloch eines Ringkerns zu beschrei¬ ben, wobei die Vorrichtung dazu geeignet sein soll, Toleranzen im Durchmesser des Kernlochs des Ringkerns auszugleichen. Bevorzugt soll die Vorrichtung auch zum stabilen Einbau in das Kernloch eines Ringkerns mit nur zwei Wicklungen geeignet sein .
In der folgenden Zusammenfassung von Ausgestaltungen und detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen wird zur Bezeichnung der unterschiedlichen Richtungen ein zylindrisches Bezugssystem verwendet. Dabei wird die Richtung vom Mittelpunkt eines Kernlochs in Richtung auf den Umfang eines Ringkerns als radial, die Richtung der Drehsymmetrieachse des Ringkerns als axial und die in jedem Punkt zu diesen beiden Richtungen orthogonale Richtung als tangential bezeichnet.
Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Po¬ tentialtrennung zum Einbau in ein Kernloch eines Ringkerns gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die Vorrichtung weist einen Zentralbereich und zwei aus dem Zentralbereich in radialer Richtung des Kernlochs herausragende und in der radialen Richtung bewegliche Isolierbereiche auf. Der Zentralbereich weist eine Stauchungszone mit mindes- tens zwei zueinander parallelen ersten Abschnitten von zwei
Stegen auf, die die zwei Isolierbereiche mechanisch miteinan¬ der koppeln. Jeder der mindestens zwei ersten Abschnitte ist elastisch S-förmig verformbar, wobei die mindestens zwei
ersten Abschnitte der zwei Stege im entspannten Zustand der Stauchungszone zueinander parallel angeordnet sind.
Durch Verwendung paralleler, elastisch S-förmig verformbarer erster Abschnitte kann eine radiale Bewegung der Isolierbe¬ reiche in eine Verformung der zwei ersten Abschnitte im Be¬ reich der Stauchungszone umgewandelt werden. Hierdurch bewirken die zwei Stege, die die zwei Isolierbereiche mechanisch miteinander koppeln, eine Komprimierung der Stauchungszone in radialer Richtung. Somit vermag eine derartige Vorrichtung etwaige Toleranzen im Innendruchmesser des Ringkerns auszugleichen .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder der zwei Stege des Weiteren jeweils einen zweiten Abschnitt auf, wobei die mindestens zwei ersten Abschnitte und die zwei zweiten Abschnitte der zwei Stege im entspannten Zustand der Stau¬ chungszone die Seiten eines Parallelogramms bilden. Ein der¬ artiger, bevorzugt zentral angeordneter Rhomboid ermöglicht eine knickfreie Kompression der Stauchungszone.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die mindestens zwei ersten Abschnitte eine geringere Material¬ stärke auf als die zweiten Abschnitte, sodass bei einer Bewe- gung der Isolierbereiche in radialer Richtung mindestens zwei die ersten Abschnitte S-förmig verformt werden und die zwei¬ ten Abschnitte im Wesentlichen parallel zueinander verschoben werden. Durch die beschriebene Ausgestaltung wird eine asymmetrische Kompression der Stauchungszone bewirkt, die eine sichere Führung der Bewegung der Isolierbereiche der Vorrichtung in radialer Richtung sicherstellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung einstückig ausgebildet. Somit kann sie auf besonders einfache
und kostengünstige Weise als Spritzgussteil hergestellt wer¬ den .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung zwei sich bezüglich des Zentralbereichs gegenü¬ berliegende Isolierbereiche auf, so dass die Vorrichtung die Gestalt eines in der Länge komprimierbaren Steges aufweist. Eine Ausgestaltung der Vorrichtung in Form eines in der Länge komprimierbaren Trennstegs mit zwei sich gegenüberliegenden Isolierbereichen eignet sich insbesondere für den Einsatz bei Ringkerndrosseln mit zwei Wicklungen, zum Beispiel für einen Netzfilter mit einem Phasenleiter und einem Neutralleiter.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ragen die Isolierbereiche über einen damit verbundenen Teil des Zent¬ ralbereiches in tangentialer Richtung des Kernlochs hinaus. Hierdurch kann ein gewünschter Isolierabstand zwischen benachbarten Wicklungen des Ringkerns unabhängig von der Materialdicke der Vorrichtung zur Potentialtrennung im Zentralbe- reich eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weisen die Isolierbereiche jeweils einen Hohlraum auf. Die Verwendung eines Hohlraums gestattet eine Materialeinsparung bei der Ausformung von Iso- lierbereichen mit einem verhältnismäßig großen Isolierab¬ stand .
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung wenigstens ein Halteteil mit wenigstens einem Rastelement zur Verrastung der Vorrichtung mit einer Halterung zur Aufnahme der Ringkerndrossel auf. Ein derartiges Halteteil erlaubt das Verrasten der Ringkerndrossel auf einer Leiterplatte oder in einer ähnlichen Anordnung zur mechanischen Fixierung der
Ringkerndrossel .
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weisen die dem Ringkern zugewandten Stirnflächen der Isolierbereiche nasenförmige Vorsprünge zum Einrasten des Ringkerns in die Vorrichtung auf. Ein Einrasten des Ringkerns zwischen nasenförmige Vor¬ sprünge einer Stirnfläche gestattet eine sichere, klebstoff¬ freie Befestigung der Vorrichtung in dem Ringkern. Die oben genannte Aufgabe wird ebenso durch eine Ringkern¬ drossel aufweisend einen Ringkern, eine Vorrichtung zur Potentialtrennung gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen sowie wenigstens zwei durch die Vorrichtung zur Potenti¬ altrennung elektrisch voneinander isolierte Wicklungen ge- löst. Der Zentralbereich der Vorrichtung zur Potentialtrennung ist durch eine Komprimierung der Stauchungszone gespannt und übt eine elastische Kraft auf die zwei Isolierbereiche in radialer Richtung des Ringkerns aus. Mittels der Vorspannung der Vorrichtung zur Potentialtrennung durch Komprimierung der Stauchungszone kann ein wirksamer Toleranzausgleich an den Innendurchmesser des Ringkerns erreicht werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen so- wie in den Patentansprüchen angegeben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen schematische und nicht maßstabsgetreue Darstellun- gen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
Figur 1 eine Vorderansicht einer Ringkerndrossel gemäß ei¬ nem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine perspektivische Darstellung der Ringkerndros¬ sel gemäß Figur 1,
Figuren 3A und 3B Vorderansichten einer Vorrichtung zur Potentialtrennung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im entspannten beziehungsweise komprimierten Zustand,
Figur 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung zur Potential¬ trennung gemäß Figur 3B und
Figur 5 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Potential¬ trennung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Figur 1 zeigt eine Vorderansicht auf eine Ringkerndrossel auf die durch den Ringkern der Drossel aufgespannte Ebene.
Die Ringkerndrossel 1 umfasst einen Ringkern 2 sowie zwei e- lektrisch voneinander isolierte Wicklungen 3a und 3b. Bei den Wicklungen 3a und 3b handelt es sich beispielsweise um Dros¬ selspulen in einer Netzzuleitung zu einem einphasigen Stromversorgungsnetz mit einem Phasenleiter und einem Neutralleiter .
Um die Wicklungen 3a und 3b elektrisch voneinander zu isolieren, umfasst die Ringkerndrossel 1 des Weiteren eine Vorrich¬ tung 4 zur Potentialtrennung. Die Vorrichtung 4 ist in das Kernloch 5 des Ringkerns 2 eingepasst.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ringkerndros¬ sel 1 gemäß Figur 1. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Ringkerndrossel 1 zur stehenden Montage auf einer ge¬ druckten Leiterplatte. Selbstverständlich eignet sich die im Folgenden beschriebene Vorrichtung 4 zur Potentialtrennung auch zur Verwendung mit anderen Bauformen von Ringkerndrosseln 1, insbesondere auch zur liegenden Montage.
Die Figuren 3A und 3B zeigen detaillierte Vorderansichten auf die Vorrichtung 4 zur Potentialtrennung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im entspannten beziehungsweise komprimierten Zustand .
Die Vorrichtung 4 umfasst jeweils zwei Isolierbereiche 6a und 6b am oberen beziehungsweise unteren Ende der stegförmig ausgeführten Vorrichtung 4. Die Isolierbereiche 6a und 6b sind durch einen Zentralbereich 7 miteinander verbunden. Der Zentralbereich 7 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel je¬ weils ein Halteteil 8a und 8b, die sich an die Isolierberei- che 6a beziehungsweise 6b anschließen, sowie eine zwischen den Halteteilen 8a und 8b angeordnete zentrale Stauchungszone 9. Die Stauchungszone 9 lässt sich in radialer Richtung der Ringkerndrossel 1 komprimieren, also in der Figur 3A in vertikaler Richtung.
Hierzu weist die in den Figuren 3A und 3B dargestellte Stau¬ chungszone 9 zwei Stege 10a und 10b auf. Jeder der Stege 10a und 10b weist einen ersten Abschnitt I I a beziehungsweise I Ib und einen zweiten Abschnitt 12a beziehungsweise 12b auf.
Die Stege 10a und 10b bestehen aus einem elastischen Material und können daher unter Krafteinwirkung verformt werden.
Im Ausführungsbeispiel ist die gesamte Vorrichtung 4 als einstückiges Kunststoffspritzgussteil hergestellt. Bevorzugt
handelt es sich bei dem verwendeten Material um einen hitze¬ beständigen und schwerentflammbaren Kunststoff.
Die Stege 10a und 10b sind punktsymmetrisch bezüglich des Mittelpunkts der Vorrichtung 4 sowie des Mittelpunktes des Kernlochs 5 im in die Vorrichtung 4 eingebauten Zustand ausgestaltet. Deren Abschnitte IIa, IIb, 12a und 12b schließen in der dargestellten Projektion einen Hohlraum ein und bilden im in der Figur 3A dargestellten entspannten Zustand ein Pa- rallelogramm. Dabei weisen die ersten Abschnitte IIa und IIb eine geringere Materialstärke auf als die zweiten Materialab¬ schnitte 12a und 12b. In Folge dessen lassen sich die ersten Abschnitte IIa und IIb bezogen auf die zweiten Abschnitte 12a und 12b leichter elastisch verformen.
Durch ein Zusammendrücken der Isolierbereiche 6a und 6b, etwa beim Einsetzen der Vorrichtung 4 in einen Ringkern 2, wird der Zentralbereich 7 komprimiert. Eine Kompression des Zentralbereichs 7 führt dabei zu einer Verformung der Stege 10a und 10b, wie sie in der Figur 3B dargestellt ist. Dabei ver¬ formen sich die ersten Abschnitte IIa und IIb der Stege 10a beziehungsweise 10b S-förmig. Die zweiten Abschnitte 12a und 12b werden relativ zueinander in Richtung der radialen Achse verschoben. Dabei bleiben sie jedoch weitgehend formstabil.
Zur Erhöhung der von der Stauchungszone 9 ausgeübten Federwirkung, sind in einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform weitere, S-förmig verformbare erste Abschnitte 11 zwischen den zweiten Abschnitten 12 angeordnet.
Die in der Figur 3B dargestellte Kompression weist den Vorteil auf, dass eine radiale Kompression der Isolierbereiche 6a und 6b zu einer parallelen Verschiebung der Längsachsen im Bereich der Halteteile 8a und 8b führt, sodass eine Bewegung
der Isolierbereiche 6a und 6b überwiegend in radialer Rich¬ tung stattfindet. Insbesondere knickt der Zentralbereich 7 nicht seitlich ein. Zusammen mit der durch die Stauchungszone 9 erzeugten, nach außen wirkenden Kraft ermöglicht dies einen festen Sitz der Vorrichtung 4 mit nur zwei Isolierbereichen 6 in einem Ringkern 2 einer Ringkerndrossel 1.
Wie in den Figuren 3A und 3B dargestellt, ragen die Isolierbereiche 6 in tangentialer Richtung über die Halteteile 8 des Zentralbereichs 7 hinaus und stellen auf diese Weise einen gewünschten Isolierabstand zwischen den benachbarten Wicklungen 3a und 3b her. Um dennoch eine einfache und Material spa¬ rende Herstellung der Vorrichtung 4 durch ein Spritzgussverfahren zu ermöglichen, weisen die Isolierbereiche 6a und 6b im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einen Hohlraum 13a beziehungsweise 13b auf.
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung 4 auf die durch die axiale und radiale Richtung aufgespannte Ebene.
In der Figur 4 ist zu erkennen, dass die Halteteile 8 im Aus¬ führungsbeispiel beidseitig mit Rastelementen 14 ausgestaltet sind. Die Rastelemente 14 ermöglichen dabei eine sichere Ver- rastung der Vorrichtung 4 mit einer in den Figuren nicht dar- gestellten, im Wesentlichen U-förmigen Halterung zur Aufnahme der Ringkerndrossel 1 auf einer Leiterplatte. Die Rastelemen¬ te 14 des Bereichs A sind im unteren Teil der Figur 4 vergrö¬ ßert dargestellt. Figur 5 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung 4 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Auch die Seitenansicht ge¬ mäß Figur 5 zeigt die durch die axiale und radiale Richtung eines Ringkerns 2 aufgespannte Ebene.
In der Figur 5 ist zu erkennen, dass die Isolierbereiche 6a und 6b gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel an ihren Stirn¬ flächen jeweils zwei nasenförmige Vorsprünge 15 aufweisen, die die Vorrichtung 4 im eingesetzten Zustand mit dem in der Figur 5 nicht dargestellten Ringkern 2 verzahnen. Dabei übt die Stauchungszone 9 eine elastische Kraft auf die Stirnflä¬ chen der Isolierbereiche 6 aus, die zu einem Einrasten des Ringkerns 2 in die Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen 15 führt und eine gesonderte Befestigung, wie etwa ein Verkleben der Vorrichtung 4 mit dem Ringkern 2, entbehrlich macht.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten und oben im Detail beschriebenen Ausführungsbeispiele be¬ schränkt. Insbesondere können die Gestalt und Anzahl der Iso¬ lierbereiche an die Anforderungen von Ringkerndrosseln mit unterschiedlichen Wicklungen angepasst werden.
Bezugs zeichenliste
1 Ringkerndrossel
2 Ringkern
3 Wicklung
4 Vorrichtung zur Potentialtrennung
5 Kernloch
6 Isolierbereich
7 Zentralbereich
8 Halteteil
9 Stauchungszone
10 Steg
11 erster Abschnitt
12 zweiter Abschnitt
13 Hohlraum
14 Rastelement
15 Vorsprung