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Dokumentenidentifikation DE102004008961B4 29.12.2005
Titel Spulenkörper für geschlossenen magnetischen Kern und daraus hergestellte Entstördrossel
Anmelder EPCOS AG, 81669 München, DE
Erfinder Röllgen, Bernhard, Dipl.-Ing., 81539 München, DE
Vertreter Epping Hermann Fischer, Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80339 München
DE-Anmeldedatum 24.02.2004
DE-Aktenzeichen 102004008961
Offenlegungstag 22.09.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse H01F 27/32
IPC-Nebenklasse H01F 5/00   

Beschreibung[de]

Zum Entstören von Stromkreisen bzw. zum EMV Schutz von Stromnetzen werden meist stromkompensierte Drosseln eingesetzt, die auf geschlossenen magnetischen Kernen beruhen. Diese aus Ferrit oder einem weichmagnetischen Eisenmaterial hergestellten Kerne werden üblicherweise mit zwei Wicklungen versehen, die beispielsweise bei einer Ringkerndrossel in einem maximalen Abstand zueinander angebracht werden. Durch gegenläufige Beschaltung kompensiert sich der magnetische Fluss innerhalb des ringförmig geschlossenen Kerns. Auftretende Gleichtaktstörungen (asymmetrische Störungen) können so in einfacher Weise kompensiert werden. Zur Kompensation von Gegentaktstörungen (symmetrische Störungen) wird oft eine zusätzliche Drossel benötigt. Weist die Drossel jedoch eine ausreichende Streuinduktivität auf, so können mit einem solchen Bauelement gleichzeitig auch Gegentaktstörungen kompensiert werden.

In einer aus der DE 197 56 578 C2 bekannten Ausführung besteht der Aufbau einer solchen Entstördrossel aus dem magnetischen Kern, der einen runden oder eckigen Querschnitt aufweisen kann, und einem mit einem Wickelkörper ausgestatteten Spulenkörper, in dem der Kern so eingebettet ist, dass die Wicklung gegen den Kern isoliert ist. Der Spulenkörper weist üblicherweise Anschlusspins auf, die mit den Enden der Wicklungen verbunden sind. Die Wicklung ist dabei um den Spulenkörper gewickelt, der den Kern an zumeist drei Seiten so umschließt, dass die Wicklung nicht in kontakt mit dem Kern treten kann. Weiterhin sind üblicherweise den Wickelraum begrenzende Seiten- und Trennwände vorgesehen, die den innerhalb des Kerns zur Verfügung stehenden Wickelraum einengen.

Aus der DE 39 10 142 A1 ist ein Transformator bekannt, der einen ringförmigen magnetischen Kern aufweist, der mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist. Die Wicklungen sind auf der Beschichtung aufgebracht und voneinander durch auf den Kern aufgesteckte Stege getrennt.

Aus der DE 36 36 065 C1 ist ein zweiteiliges ineinander rastbares Gehäuse zur Lagerung von z.B. einer Drossel auf einer Leiterplatte bekannt, bei dem ein magnetischer Kern in eine Ausnehmung des Gehäuseoberteils eingebettet ist.

Aus der DE 33 24 078 A1 ist ein Gehäuse für einen ringförmigen Magnetkern bekannt, das ringschalenförmig ausgebildet ist und den Kern vollständig umschließt.

Aus der US 6 300 857 B1 ist ein Transformator bekannt, der einen ringförmigen magnetischen Kern aufweist, der in eine isolierende Umhüllung mit Durchbrechungen eingebettet ist.

Bei stromkompensierten Drosseln besteht oft das Problem, dass die Strombelastbarkeit der Wicklung durch einen zu hohen Gleichstromwiderstand beeinträchtigt ist. Des weiteren ist durch den Spulenkörper der für die automatische Bewicklung des Kerns zur Verfügung stehende Raum im Inneren des Ring- oder Rahmenkerns verringert, was der Miniaturisierung solcher Drosseln technologische Grenzen setzt. Ein weiteres Problem von Entstördrosseln ist, dass sie oft eine zu niedrige Streuinduktivität aufweisen. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Streuinduktivität besteht durch Schaffung eines magnetischen Bypasses, der aufgrund eines nichtkompensierten magnetischen Stromflusses die Streuinduktivität erhöht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuartigen Spulenkörper für geschlossene magnetische Kerne anzugeben, der die bei Entstördrosseln auftretenden Probleme vermindern kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spulenkörper nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, eine mit dem Spulenkörper hergestellte Entstördrossel sowie bevorzugte Verwendungen des Spulenkörpers und der Drossel sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Der erfindungsgemäße Spulenkörper ist für einen ringförmig geschlossenen magnetischen Kern ausgelegt. Er umfasst zumindest einen Rahmen, der an seiner Oberfläche eine flache Auflagefläche für den magnetischen Kern aufweist. Des weiteren sind am Rahmen – in der Regel unten – Anschlusspins befestigt. Vertikal über der durch die Auflagefläche gebildeten Ebene stehend, aber außerhalb der Auflagefläche, sind außen am Rahmen Führungselemente angeordnet, die mit ihren Innenkanten dem Querschnitt des Kerns folgen und insbesondere später an einer Außenkante des Kerns anliegen können. Zwischen jeweils zwei Führungselementen ist so ein Wickelraum definiert, wobei der gesamte Spulenkörper zwei Wickelräume aufweist. Innerhalb eines jeden Wickelraums besteht der Spulenkörper nur aus dem in diesem Bereich flach ausgebildeten Rahmen.

Der erfindungsgemäße Spulenkörper verzichtet also auf eine vollständige Umhüllung des Kerns und stellt im Gegenteil nur eine Auflagefläche für den Kern zur Verfügung, während der Kern an den drei übrigen Seiten seines vorzugsweise rechteckigen Querschnitts vom Spulenkörper unbedeckt bleiben kann. Eine Wicklung, die um Spulenkörper und magnetischen Kern gelegt wird, hat daher nur einen Wicklungsquerschnitt, der sich aus der Querschnittsform des magnetischen Kerns plus der Querschnittsform des im Bereich des Wickelraums flachen Rahmens ergibt. Gegenüber einem herkömmlichen Spulenkörper ist der erfindungsgemäße Wicklungsquerschnitt erheblich verringert. Daraus ergeben sich reduzierte Wicklungslängen. Die Reduzierung wird weiterhin dadurch vergrößert, dass ein herkömmlicher Spulenkörper eine gewisse Fertigungstoleranz für die Kernabmessungen aufweisen muss, die bei der Erfindung ebenfalls wegfallen können und zur weiteren Reduzierung der Wicklungslänge beitragen. Dennoch lässt sich der erfindungsgemäße Spulenkörper samt Kern einfach bewickeln, da die entsprechenden Führungselemente an der Außenseite und die Schenkel des Kerns bzw. der der Kernform folgende Rahmen die äußeren Grenzen des Wickelraums definieren. Vorzugsweise sind die Führungselemente ausschließlich außen angeordnet, da im Inneren des späteren ringförmig geschlossenen Kerns der Wickelraum durch die entsprechenden Seitenschenkel bzw. durch den Kern selbst begrenzt ist.

Jeder der beiden Wickelräume kann symmetrisch in zwei oder mehr Teilwickelräume aufgeteilt sein. Die Aufteilung erfolgt durch Trennelemente, die am Rahmen befestigt sind. Vorzugsweise verlaufen die Trennelemente nur außerhalb des für den Kern vorgesehenen Volumens, nicht aber innerhalb des vom Kern eingeschlossenen Innenraums. Die Trennelemente können aber auch U-förmig ausgebildet sein, wobei der Rahmen in das U eingelegt ist, so dass einer der Schenkel des U-förmigen Trennelements durch den Innendurchmesser des späteren magnetischen Kerns verläuft. Möglich ist es jedoch auch, die Trennelemente L-förmig auszubilden, wobei ein Schenkel unterhalb des Rahmens, der zweite Schenkel außerhalb an der äußeren Mantelfläche des magnetischen Kerns entlang verläuft.

Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Spulenkörper für einen Rahmenkern ausgelegt und weist daher einen Rahmen mit einer der Form des Rahmenkerns folgenden Auflagefläche auf, mithin also einen rechteckigen Rahmen. Ebenso sind die Führungs- und/oder die Trennelemente an die Form und insbesondere an den Querschnitt des Rahmenkerns angepasst.

Ein Rahmenkern hat den Vorteil, dass sich die beiden Wicklungen bei einem gegebenen Querschnitt und einem gegebenen Volumen des Kerns in einer maximalen Entfernung zueinander anordnen lassen und dass dadurch eine maximale Streuinduktivität erzielt werden kann. Des weiteren hat der Rahmenkern den Vorteil, dass die Wicklungen an zwei gegenüberliegenden Schenkeln angebracht werden können, und dass die Wickelräume im Inneren des Rahmenkerns durch die beiden anderen Schenkel begrenzt sind. Ein erfindungsgemäßer Spulenkörper kann daher im Inneren auf entsprechende Führungselemente zur Begrenzung des Wicklungsraums verzichten.

Vorzugsweise sind die Wickelräume symmetrisch zueinander ausgebildet, da mit symmetrischen und daher gleichartigen Wicklungen eine einfache und vollständige Kompensation des magnetischen Flusses in einem Stromkreis erreicht werden kann, wenn die Entstördrossel in diesen eingebaut wird.

Vorzugsweise sind die Trennelemente als flache Leisten ausgebildet, die mit ihren flachen Seiten in der die Teilwickelräume trennenden Ebne angeordnet sind. Damit beanspruchen sie ein minimales Volumen innerhalb des Wickelraums und ermöglichen es dadurch, die Gesamtwickellänge zu minimieren. Zwei Teilwickelräume haben den Vorteil, dass die beiden darin aufzubringenden Teilwicklungen elektrisch in Reihe geschaltet werden können. Auf diese Weise wird die Kapazität der Wicklungen reduziert.

Vorzugsweise sind sowohl Trennelemente als auch der Rahmen als flache Leisten ausgebildet. Zusätzliche Stabilität gewinnt der Spulenkörper daher durch vertikal aufeinanderstehende Elemente, wie beispielsweise die vertikal zum Rahmen angeordneten Trennelemente, zumal wenn sie zumindest L-förmig ausgebildet sind und den Rahmen so stabilisieren. Eine weitere Stabilisierung kann erreicht werden, wenn die Trennelemente an ihrer zum Kern weisenden Innenseite durch ein vertikal auf der Auflagefläche stehendes und senkrecht zur Trennebene zwischen den Teilwickelräumen ausgerichtetes Versteifungselement verstärkt bzw. mit diesen verbunden sind.

In weiterer Ausgestaltung können an der Unterseite des Rahmens Abstandselemente angeordnet sein, vorzugsweise quer zu den Schenkeln verlaufende streifenförmige Elemente. Diese Abstandselemente definieren den Montageabstand zu einer späteren Befestigungsebene, die üblicherweise eine Leiterplatte ist und stabilisieren die Lage der Drossel am Einbauort.

Die bereits genannten Führungselemente sind vorzugsweise an den Ecken des rechteckigen für einen Rahmenkern ausgebildeten Spulenkörpers angeordnet, massiv ausgebildet und weisen vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen Ecken abgerundet sein können. Die massive Ausbildung der Führungselemente ermöglicht es, die Anschlusspins in den Führungselementen zu verankern, wo sie aufgrund der höheren Spulenkörpermasse bzw. aufgrund der höheren Masse des Führungselementes einen guten Halt finden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb der Auflagefläche an den beiden Schenkeln des Rahmens, die die beiden Wickelräume verbinden, je ein Stützelement für einen magnetischen Bypass ausgebildet. Ein solcher magnetischer Bypass ist beispielsweise aus der DE 197 56 578 C2 bekannt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, den magnetischen Bypass mit bezug auf Symmetrieebenen symmetrisch anzuordnen. Die Stützelemente gehen daher vom Rahmen aus, reichen ein Stück weit in den Innenraum und können je nach vorgesehener Größe des magnetischen Bypasses ein Stück weit über die durch die Auflagefläche definierte Auflageebene hinausragen. Die Stützelemente sind daher mittig zu den beiden verbindenden Schenkeln ausgerichtet. Vorzugsweise weist jedes Stützelement eine U-förmige Ausnehmung auf, in der der magnetische Bypass gegen ein seitliches Verrutschen längs der verbindenden Schenkel des magnetischen Kerns gesichert ist. Vorzugsweise ist ein magnetischer Bypass mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen, so dass die entsprechenden Stützelemente eine Ausnehmung mit rechteckigem Querschnitt bzw. mit rechteckig abgebogenem U aufweisen.

Zur Fertigstellung einer Drossel wird auf die Auflagefläche des Rahmens ein entsprechend passender magnetischer Kern, vorzugsweise ein magnetischer Rahmenkern aufgeklebt. Zur elektrischen Isolierung gegenüber der Wicklung weist der Rahmenkern dann eine ganzflächige, zumindest aber auf den nicht auf der Auflagefläche aufliegenden Oberflächen eine elektrisch isolierende Beschichtung auf. Diese kann beispielsweise eine dünne Epoxidschicht sein, die bereits in einer Dicke von beispielsweise 0,4 mm eine elektrische Durchbruchspannung von mehr als 2.000 Vrms aufweist. Die elektrisch isolierende Beschichtung ersetzt dabei einen den Kern umschließenden Spulenkörper, auf dem beim erfindungsgemäßen Spulenkörper bewusst verzichtet wird. Durch die eng anliegende Beschichtung und den nur geringen Querschnitt des Rahmens im Bereich des Wickelraums wird so unter Verzicht auf den umschließenden Spulenkörper und auf die einzuhaltenden Toleranzen des Spulenkörpers für den Kerndurchmesser eine minimale Wickellänge für eine im Wickelraum um den Kern und den Rahmen auszuführende Wicklung ermöglicht.

In jedem Wickelraum bzw. in jedem Teilwickelraum wird nun eine Wicklung aufgebracht, deren Enden mit je einem der Anschlusspins mechanisch und elektrisch verbunden werden. Vorzugsweise sind nicht nur die beiden Teilwicklungen eines in zwei oder mehr Teilwickelräume geteilten Wickelraums zueinander symmetrisch, sondern auch die beiden Wicklungen auf den zueinander parallelen Schenkeln. Die Wicklung kann einfach aufgebracht werden, wenn im Inneren des magnetischen Ring- oder Rahmenkerns keine Führungs- oder Trennelemente angeordnet sind, so dass ein maximaler Kernquerschnitt zur automatischen Bewicklung zur Verfügung steht. Dieser Raum wird auch durch den Rahmen nicht wesentlich vermindert.

Nach dem Einbringen der beiden Wicklungen in die beiden Wickelräume kann ein magnetischer Bypass im Inneren des ringförmig geschlossenen magnetischen Kerns eingelegt und auf den Stützelementen aufgelegt und dort befestigt werden, z.B. durch Kleben. Dieser Bypass besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der magnetische Kern, insbesondere also aus Ferrit oder einem anderen weichmagnetischen Eisenmaterial, wie z.B. einem mit einem Binder in Form gepressten Eisenpulver.

Eine mit einem erfindungsgemäßen Spulenkörper ausgestattete erfindungsgemäße Entstördrossel mit magnetischem Bypass ist hochsymmetrisch ausgebildet und erlaubt daher eine maximale Kompensation von asymmetrischen Gleichtaktstörungen. Durch den magnetischen Bypass ist außerdem die Streuinduktivität so erhöht, dass auch symmetrische Gegentaktstörungen mit der Drossel kompensiert werden können. Erfindungsgemäße Entstördrosseln eignen sich daher vorteilhaft zum Einsatz in Stromkreisen, die mit einem Stromnetz verbunden sind, zum Ausfiltern von Gleich- und Gegentaktstörungen, die das Netz verunreinigen könnten (EMV-Schutz).

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein vier Veranschaulichung der Erfindung, sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

1 zeigt einen ersten Spulenkörper in perspektivischer Ansicht von oben

2 zeigt den Spulenkörper in perspektivischer Ansicht von unten

3 zeigt einen zweiten Spulenkörper in perspektivischer Ansicht von oben

4 zeigt den zweiten Spulenkörper in perspektivischer Ansicht von unten

5 zeigt einen Rahmenkern in perspektivischer Darstellung

6 zeigt den Rahmenkern im schematischen Querschnitt

7 zeigt eine erfindungsgemäße Entstördrossel im schematischen Querschnitt parallel zur Rahmenkernebene

8 zeigt einen Querschnitt vertikal zu dieser Ebene

9 zeigt einen Spulenkörper in perspektivischer Draufsicht, der eine Variante zur 4 darstellt.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spulenkörpers SK, welcher im wesentlichen als einteiliges Formteil aus einer Kunststoffmasse ausgebildet ist, beispielsweise aus einer Standardmasse wie glasfaserverstärktes Polyamid (PA66), Phenolharz oder Polyethylenterephthalat. Der Spulenkörper besteht im wesentlichen aus einem flachen Rahmen R, welcher auf der Oberseite eine Auflagefläche AF aufweist, die der Oberfläche eines dafür vorgesehenen Rahmenkerns entspricht. Rahmen R und damit seine Auflagefläche AF sind rechteckig ausgebildet und können insbesondere zwei unterschiedliche Schenkellängen aufweisen, wobei die kürzeren Schenkel vorzugsweise zur Aufnahme der Wicklung vorgesehen sind. Außerhalb der vom Rahmen bzw. seiner Auflagefläche AF begrenzten Fläche sind Führungselemente FE angeordnet, die die von der Auflagefläche gebildete Ebene überragen und vertikal zu dieser ausgerichtet sind. Die Führungselemente sind vorzugsweise an den Ecken entlang der Schmalseiten angeordnet und massiv ausgebildet. Zwischen zwei Führungselementen FE an zwei einander gegenüberliegenden Seiten ist jeweils ein Wickelraum WR ausgebildet. In der dargestellten Ausführung ist jeder Wickelraum durch ein Trennelement TE noch mal in zwei Teilwickelräume unterteilt, wobei die Trennelemente symmetrisch und mittig zwischen je zwei Führungselementen FE angeordnet sind und so zwei jeweils gleich große Teilwickelräume schaffen.

In der Verlängerung der Führungselemente FE nach unten sind Anschlusspins angeordnet, die vorzugsweise in die Führungselemente FE eingesteckt, eingeschraubt oder eingeklebt sind. An der Unterseite kann der Rahmen noch Abstandselemente AE aufweisen, die den Abstand zur späteren Befestigungsebene definieren, die Auflage für die spätere Entstördrossel darstellen und insgesamt die Stabilität des Aufbaus verbessern. Innerhalb der für den Kern erforderlichen Auflagefläche AF ist innen am Rahmen an den beiden gegenüberliegenden Schenkeln, die nicht den Wickelräumen zugeordnet sind, jeweils ein Stützelement SE angeordnet. Dieses ist hier U-förmig ausgebildet und überragt die durch die Auflagefläche AF ausgebildete Auflageebene.

2 zeigt die Anordnung in perspektivischer Darstellung von unten, wobei hier gut ersichtlich ist, dass die Trennelemente als U-förmige flache Gebilde geringer Dicke ausgebildet sind, die mittig zwischen je zwei Führungselementen angeordnet sind. Da die Trennelemente vertikal zur Auflagefläche und quer zur Längserstreckung der Schenkel angeordnet sind, dienen sie auch zur Versteifung des Spulenkörpers.

3 zeigt in perspektivischer Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel bezüglich der Handhabbarkeit verbessert ist. Bei diesem Beispiel sind die Trennelemente TE zwischen je zwei Führungselementen FE, die die Wickelräume in je zwei Teilwickelräume unterteilen, als flache L-förmig gebogene Leisten ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass innerhalb der Auflagefläche und daher innerhalb des späteren Magnetkerns kein Trennelement den offenen Durchmesser des Bauelementes einengt, so dass eine automatische Bewicklung erleichtert ist.

4 zeigt denselben Spulenkörper in perspektivischer Ansicht von unten.

9 zeigt in perspektivischer Draufsicht eine erfindungsgemäße Variante des in den 3 und 4 dargestellten Spulenkörpers. Im Unterschied zu der bereits beschriebenen Ausführung ist hier an den beiden Trennelementen ein weiteres Versteifungselement STE vorgesehen. Dieses ist an der schmalen und zum Rahmenkern weisenden Innenkante des Trennelements angeformt und ist als flache Leiste ausgebildet, die mit der flachen Seite zum Kern weist und sich oberhalb der Auflagefläche AF höchstens bis zur Höhe h des vorgesehenen Rahmenkerns erstreckt. Insgesamt weist die Kombination aus Trennelement TE und Versteifungselement STE daher einen T-förmigen Querschnitt auf, der gegenüber dem rechteckigen Querschnitt eines einzelnen leistenförmigen Trennelements eine bessere Verwindungssteifigkeit und eine höhere Stabilität aufweist, so dass sich beim Bewickeln die symmetrische Aufteilung des Wickelraums in Teilwickelräume besser einhalten lässt. Eine höhere Symmetrie der Teilwicklungen verbessert die Entstörwirkung der daraus hergestellten Entstördrossel.

5 zeigt einen an sich bekannten Rahmenkern RK, der aus einem weichmagnetischen Material, beispielsweise aus einem Ferrit oder Weicheisen oder Eisenpulver, hergestellt ist.

6 zeigt den gleichen Kern im schematischen Querschnitt. Er besitzt eine Länge l, eine Breite b und eine Höhe h, ist rechteckig aufgebaut und weist vorteilhaft einen in allen Schenkeln gleichmäßigen Schenkeldurchmesser d auf. Das Verhältnis d:h wird nach den magnetischen Erfordernissen in bekannter Weise ausgewählt. Vorteilhaft sind die Schenkel unterschiedlich lang, bzw. l ist ungleich b. Die kürzeren Schenkel sind vorzugsweise die Schenkel, an denen die Wicklung aufgebracht wird.

Zum Erleichtern des Bewicklungsvorgangs sind vorzugsweise sämtliche Kanten über eine Fasenbreite a abgefast. Rahmenkern RK und Spulenkörper SK sind aufeinander abgestimmt, so dass die Auflagefläche AF eines Spulenkörpers vorteilhaft der Breite b, der Länge l und dem Schenkeldurchmesser d des Rahmenkerns entspricht. Der Rahmenkern weist eine elektrisch isolierende Beschichtung auf, die beispielsweise aus Epoxid oder Parylen ausgebildet ist. Bei einer Beschichtungsdicke von ≤ 0,4 mm weist eine solche Beschichtung eine Durchbruchsspannung von mehr als 2.000 Vrms auf. Die Beschichtung erfüllt die Brandschutzklasse UL 94 V0.

Ein solcher wie in 5 und 6 dargestellter Rahmenkern wird nun auf die Auflagefläche AF eines der in einer der 1 bis 4 oder 9 dargestellten Spulenkörpers SK aufgeklebt. Anschließend erfolgt eine Bewicklung, wobei zumindest zwei Wicklungen an den vorzugsweise kürzeren Schenkeln des Rahmenkerns erzeugt werden. Die Wicklungen werden zwischen zwei Führungselementen um den Schenkel des Rahmenkerns und die damit verbundene Auflagefläche bzw. den damit verbundenen Rahmenabschnitt geführt. Trennelemente TE können in einem Wickelraum zwei Teilwickelräume voneinander trennen, so dass pro Wickelraum zwei Unterwicklungen erzeugt werden können.

7 zeigt in einer Querschnittsdarstellung durch eine fertige Entstördrossel einen auf einen Spulenkörper aufgeklebten Rahmenkern mit zwei Wicklungen W, die jeweils in zwei Teilwicklungen W11, W12 bzw. W21, W22 aufgeteilt sind. Aus der Figur ist gut zu erkennen, dass die Wickelräume innen, also im lichten Durchmesser des Rahmenkerns, von den längeren Schenkeln des Kerns selbst, außen jedoch von den Führungselementen begrenzt und im dargestellten Fall außen auch durch die Trennelemente TE unterteilt sind.

Wahlweise kann ein Spulenkörper mit Stützelementen SE verwendet werden, die jedoch nicht für alle Anwendungen erforderlich sind. Auf diese Stützelemente kann anschließend wie in der Figur durch gestrichelte Linien BP angedeutet, ein weiterer magnetischer Kern als magnetischer Bypass BP so aufgesetzt und mit den Stützelementen verklebt werden, dass ein Luftspalt zwischen den Enden des Bypasses BP und den Schenkeln des Rahmenkerns verbleibt. Der Bypass kann einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen und ist vorzugsweise symmetrisch bezüglich Länge l und Höhe h des Rahmenkerns und parallel zu den kürzeren Schenkeln zwischen den beiden Wicklungsachsen angeordnet.

Ohne den nicht unbedingt erforderlichen Bypass weist eine erfindungsgemäße Entstördrossel, wie beispielsweise in 7 dargestellt, aufgrund der räumlichen Trennung der beiden Wicklungen W eine schlechte Kopplung und damit eine hohe Streuinduktivität insbesondere bei hohen Frequenzen auf, bei denen das magnetische Material des Rahmenkerns nicht mehr die volle Permeabilität aufweist. Aufgrund der Trennung der Wicklungen in Teilwicklungen und deren elektrische Reihenschaltung weist ein solches Bauelement auch eine geringe parasitäre Kapazität der Wicklungen auf. Dadurch ergibt sich auch eine höhere Eigenresonanzfrequenz der Wicklung. Die Wicklung W selbst ist aufgrund. des neuartigen Aufbaus der erfindungsgemäßen Entstördrossel von geringerer Wicklungslänge, die gegenüber bekannten Entstördrosseln bzw. den dafür verwendeten Spulenkörpern um ca. 10 % reduziert ist. Damit ergibt sich bei gleicher Windungszahl ein geringerer Gleichstromwiderstand. Ein geringerer Gleichstromwiderstand bedingt weniger Verlustleistung bei gleicher Strombelastung. Damit ist die erfindungsgemäße Entstördrossel stärker mit Strom beaufschlagbar als die bekannten Lösungen vergleichbarer Bauform und Nenninduktivität mit einem den Rahmenkern an drei Seiten umschließenden Spulenkörper.

Mit zusätzlich eingebautem magnetischem Bypass kann die Streuinduktivität nochmals wesentlich erhöht werden. Dies gelingt über das Maß hinaus, welches bereits durch die räumliche Trennung der beiden Wicklungen durch Verlängerung der längeren keine Wicklung tragenden Schenkel erreicht werden kann.

Eine erfindungsgemäße Entstördrossel, die aufgrund des neuen Spulenkörpers im Inneren des Rahmenkerns auf entsprechende Begrenzungen seitens des Spulenkörpers verzichtet, weist gegenüber bekannten Spulenkörpern bzw. daraus hergestellten Entstördrosseln einen um 5 bis 10 % vergrößerten Wickelraum auf.

8 zeigt eine bewickelte erfindungsgemäße Entstördrossel im schematischen Querschnitt durch die bewickelten Schenkel des Kerns. Aus dieser Darstellung wird klar, dass sich der zu bewickelnde Umfang aus dem Querschnitt des Rahmenkerns RK (h * d) und dem Querschnitt des Rahmens R (d * Materialstärke) ergibt. Aus der Figur ist auch die symmetrische Anordnung des magnetischen Bypasses BP zwischen den beiden Wicklungen ersichtlich, sofern ein solcher vorgesehen ist.

Obwohl das erfindungsgemäße Bauelement nur anhand weniger Ausführungsbeispiele dargestellt wurde, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Variationsmöglichkeiten ergeben sich insbesondere aus der Dimensionierung des Kerns, der Anzahl der Trennelemente, und der genaueren Ausgestaltung von Rahmen und Führungselementen. Insbesondere muss die Auflagefläche AF des Rahmens R nicht genau der Auflagefläche des Rahmenkerns entsprechen und kann insbesondere kleiner ausgebildet sein. Der Rahmen muss im Querschnitt auch nicht rechteckig ausgebildet sein und kann an seiner Unterseite insbesondere an der nicht mit Wicklungen zu versehenden Schenkeln weitere Elemente zur Versteifung aufweisen. Art und Form der Anschlusspins sind auch nicht auf die dargestellte Form beschränkt, es sind alle möglichen Formen von Anschlusspins geeignet, die eingesteckt, eingeschraubt oder als gewinkelte Teile eingeklipst sein können.

SKSpulenkörper RRahmen AFAuflagefläche FEFührungselement TETrennelement APAnschluspins WRWickelraum SEStützelement AEAbstandselement l, bLänge und Breite des Rahmenkerns h, dHöhe und Schenkeldurchmesser des Rahmenkerns aBreite der Fase des Rahmenkerns BPmagnetischer Bypass STEVersteifungselement WWicklung RKRahmenkern

Anspruch[de]
  1. Spulenkörper für einen ringförmig geschlossenen magnetischen Kern (RK),

    – mit einem Rahmen (R), der eine flache Auflagefläche (AF) für den Kern (RK) aufweist

    – mit am Rahmen befestigten Anschlusspins (AP),

    – mit vertikalen, außerhalb der Auflagefläche außen am Rahmen angebrachten der entsprechenden Kernform folgenden Führungselementen (FE ), wobei zwischen jeweils zwei Führungselementen ein Wickelraum (WR) definiert ist und wobei zwei Wickelräume vorgesehen sind,

    – wobei der Spulenkörper (SK) innerhalb eines jeden Wickelraums unter der späteren Wicklung (W) im Wesentlichen nur als flacher Rahmen verläuft.
  2. Spulenkörper nach Anspruch 1, bei dem jeder der beiden Wickelräume (WR) in mehrere Teilwickelräume aufgeteilt ist, die durch neben der Auflagefläche (AF) am Rahmen (R) befestigte Trennelemente (TE) voneinander getrennt sind.
  3. Spulenkörper nach Anspruch 2, bei dem die Trennelemente (TE) nur außerhalb der Auflagefläche (AF) angeordnet sind und über dieser aufragen.
  4. Spulenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit für einen Rahmenkern (RK) ausgelegter Auflagefläche (AF) und entsprechenden Führungs- und/oder Trennelementen (FE, TE).
  5. Spulenkörper nach Anspruch 4, bei dem die Wickelräume (WR) an zwei zueinander parallelen Schenkeln des der Kernform folgenden Rahmens (R) vorgesehen und symmetrisch zueinander ausgebildet sind.
  6. Spulenkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Trennelemente (TE) als flache Leisten ausgebildet sind, die mit ihrer flachen Seite parallel zu der die beiden Teilwickelräume (WR) trennenden Ebene ausgerichtet sind.
  7. Spulenkörper nach Anspruch 6, bei dem die Trennelemente (TE) L-förmig ausgebildet und mit einem Schenkel unterhalb des Rahmens (R) an diesem befestigt sind.
  8. Spulenkörper nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Trennelemente (TE) an ihrer nach innen weisenden Kante mit einem quer zur Trennebene angeordneten, flach ausgebildeten Versteifungselement (STE) verbunden sind.
  9. Spulenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem an der Unterseite des Rahmens (R) Abstandselemente (AE) angeordnet sind, die den Montageabstand zu einer späteren Befestigungsebene definieren.
  10. Spulenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Enden der Anschlusspins (AP) in den Führungselementen (FE) befestigt sind, die massiv und mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind.
  11. Spulenkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem innerhalb der Auflagefläche (AF) an den beiden Schenkeln des Rahmens (R), die die beiden Wickelräume (WR) verbinden, je ein Stützelement (SE) für einen diese beiden genannten Schenkel verbindenden magnetischen Bypass (BP) ausgebildet und symmetrisch zum dem späteren Rahmenkern (RK) folgenden Rahmen (R) angeordnet ist.
  12. Spulenkörper nach Anspruch 11, bei dem die Stützelemente (SE) eine U-förmige Ausnehmung zur Aufnahme jeweils eines Endes eines magnetischen Bypass (BP) mit rechteckigem Querschnitt aufweisen.
  13. Drossel, umfassend einen Spulenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der auf die Auflagefläche (AF) des Rahmens (R) ein entsprechend passender magnetischer Rahmenkern (RK) aufgeklebt ist, wobei der Rahmenkern zumindest an seinen noch freiliegenden Oberflächen eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweist.
  14. Drossel nach Anspruch 13, bei der in jedem Wickelraum (WR) oder in jedem Teilwickelraum eine den Rahmen (R) und den Rahmenkern (RK) umschließende Wicklung (W) aufgebracht ist, deren Enden mit je einem der Anschlusspins (AP) verbunden sind und bei dem die beiden Wickelräume zueinander symmetrische Wicklungen aufweisen.
  15. Drossel nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der auf die beiden Stützelemente (SE) ein zwei Schenkel symmetrisch verbindender magnetischer Bypass (BP) zur Erhöhung der Streuinduktivität aufgelegt oder an befestigt ist.
  16. Verwendung der Drossel nach einem der Ansprüche 14 oder 15 als stromkompensierte Drossel in einem mit einem Stromnetz verbundenen Stromkreis zum Ausfiltern von Gleichtaktstörungen.
  17. Verwendung der Drossel nach einem der Ansprüche 14 oder 15 als stromkompensierte Drossel in einem mit einem Stromnetz verbundenen Stromkreis zum Ausfiltern von Gegentaktstörungen.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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