EP0351861A1

EP0351861A1 - Induktives Bauelement, insbesondere Übertrager

Info

Publication number: EP0351861A1
Application number: EP89113372A
Authority: EP
Inventors: Horst Ing. Scheffler (Grad.)
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1988-07-21
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1990-01-24
Also published as: FI893511A7; FI893511A0; FI893511L

Abstract

Induktives Bauelement, insbesonde Übertrager, Drosselspule u. dgl. mit einem Ringkern (20) aus ferromagnetischem Material, mindestens einer auf den Ringkern (20) aufgebrachten Wicklung (40) und Anschlußelementen (23, 25, 27, 29) zum Anschluß der Wickelenden (41), wobei der Ringkern (20) unmittelbar mit bevorzugt hochtemperaturfestem Kunststoff (21) umspritzt ist und in dessen Bereich an der Ringkernunterseite Anschlußelemente (23, 25, 27, 29) eingespritzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement, insbesondere eine Drosselspule oder einen Übertrager, z. B. Impuls-,Leistungs-, Breitbandübertrager u. dgl., mit einem Ringkern aus ferromagnetischem Material, je nach Anwendungsfall mindestens einer auf den Ringkern aufgebrachten Wicklung und Anschlußelementen zum Anschluß der Wickelenden.
Für Übertrager, die sich durch geringes magnetisches Streufeld und durch eine im Verhältnis zu ihrem Volumen hohe magnetische Permeabilität auszeichnen, gelangen üblicherweise Ringkerne aus ferromagnetischem Material, d. h. sog. Ferrit-Ringkerne zum Einsatz. Die erwähnten Vorteile hinsichtlich ihrer magnetischen Werte wurden bis vor kurzem durch eine durch den Ringkern bedingte, aufwendige Wickeltechnik erkauft. So erfolgte das Anwickeln der Wicklungsenden an die bevorzugt stiftförmigen Anschlußelemente der Anschlußträger und das Bewickeln von Ringkernen kleineren Durchmessers grundsätzlich von Hand.
Durch die in jüngerer Zeit bekanntgewordenen Wickelvorrichtungen für Ringkerne, welche die Wicklungsenden an den Anschlußelementen automatisch fixieren, ist nunmehr jedoch die Möglichkeit des selbsttätigen Be- und Anwickelns der Ringkerne bzw. ihrer Anschlußelemente gegeben. Als Halterung für die bewickelten Ringkerne bietet sich dabei eine mit den Anschlußelementen ausgerüstete einstückige Ringkernhalterung an, die sowohl für konventionelle Bestückung, z. B. von Schaltungsplatinen, als auch für die sog. Oberflächenmontage der Bauelemente geeignet ist.
Übertrager, die z. B. für den Einsatz bei höheren Spannungen bestimmt sind, benötigen zwischen Ringkern und Wicklung eine elektrische Isolation. Eine bekannte Ausführung solcher Bauelemente sieht daher Ringkerne vor, die mittels Lackieren oder Wirbelsintern mit einer z. B. 0,4 mm dicken Kunststoffschicht gegenüber der Wicklung isoliert sind.
Die so behandelten und gewickelten Ringkerne sind üblicherweise auf einen gesonderten Anschlußträger aufgebracht und ihre Wicklungsenden an die Anschlußstifte dieser Anschlußträger angelötet. Die Gestaltung dieser Anschlußträger und die Abfolge der einzelnen Fertigungs- und Montageschritte läßt dabei keine automatische Be- und Anwicklung zu.
In einer weiteren, in Fig. 1 in Draufsicht bzw. in Fig. 2 in einem Schnitt gemäß der Linie 2,2 nach Figur 1 gezeigten, bekannten Ausführung, ist ein Ferrit-Ringkern 1 in einen aus Isoliermaterial gefertigten ringförmigen Halterungstopf 2 eingesetzt. Im Bereich seiner offenen Stirnfläche ist dieser Halterungstopf mittels eines aus Isolierstoff gefertigten Deckels 3 geschlossen. An die hierzu gegenüberliegende Stirnfläche des Halterungstopfs sind Augen 4, 5, 8, 9 einstückig angespritzt, in welche Anschlußstifte 6, 7, 12, bzw. 13 eingespritzt sind. Die Wicklungsenden der auf den Halterungstopf 2 aufgewickelten Wicklungen sind, wie dies z. B. für das Wicklungsende 11 der Wicklung 10 gemäß Figur 1 gezeigt ist, an die entsprechenden Anschlußstifte angewickelt und an diese angelötet.
Diese Ausführungsform ist zwar automatisch bewickelbar, sie hat jedoch den Nachteil, daß im allgemeinen das völlig dichte Einpressen des Deckels in den Halterungstopf nicht möglich ist, so daß häufig unzulässig kurze Kriechstrecken zwischen den Wicklungen und dem Ringkern auftreten, die nur mittels größerer Wanddicke der verwendeten Kunststoffteile auf ein zulässiges Maß verlängerbar sind. Beim Eintauchen dieser bewickelten Ausführung ins Schwallbad besteht zudem die Gefahr, daß der Deckel durch den dabei im Halterungstopfinneren auftretenden erhöhten Druck nach außen gedrückt wird.
Einige der vorerwähnten Probleme sind zwar behebbar, wenn der Deckel mittels Ultraschallschweißung auf den Halterungstopf aufgeschweißt wird; es verbleibt jedoch der Nachteil, daß der Ringkern, bedingt durch die erforderliche Toleranz seiner Kernabmessungen, im Halterungstopfinneren erheblichen Spielraum besitzt. Die Ultraschallschweißung führt zudem zu Schweißnähten und erfordert allgemein dickere Wandstärken der zu verschweißenden Kunststoffteile, wodurch widerum die elektrische Kopplung beeinträchtigt werden kann.
Neben größerem Montageaufwand spricht gegen diese bekannte Ausführung auch, daß eine z. B. bei gewünschter Kriechstreckenverlängerung zwischen den einzelnen Wicklungen erforderliche Aufteilung in Wickelkammern, ähnlich den herkömmlichen Mehrkammer-Spulenkörpern, nur mit aufwendiger Gestaltung der Kunststoffteile möglich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein induktives Bauelement bzw. eine Halterung für dieses Bauelement zu schaffen, das die vorerwähnten Nachteile vermeidet, d. h. insbesondere die vollautomatische Fertigung dieser bevorzugt auch oberflächenmontierbaren Bauelemente zuläßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Bauelement gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 vor, daß der Ringkern unmittelbar mit hochtemperaturfestem Kunststoff umspritzt ist und daß in dessen zu mindestens einer der Ringkern-Stirnflächen benachbarten Bereiche Anschlußelemente, z. B. Anschlußstifte eingespritzt sind.
Durch die vollständige Umspritzung des Ringkerns mittels Kunststoff, z. B. in einer Schichtdicke von etwa 0,4 mm, ist eine einwandfreie elektrische Isolierung des Ringkerns gegen die Wicklung gewährleistet. Durch die Umspritzung des Ringkerns mit Kunststoff wird letzlich eine Halterung geschaffen, die eine unverrückbare Positionierung des Ringkerns in der Halterung bewirkt.
Durch das vollständige Umspritzen des Ringkerns wird im übrigen an den Umlenkstellen des Wicklungsdrahtes eine Gratbildung vermieden, die insbesondere bei dünnen Drähten die Gefahr von Drahtrissen und Lackbeschädigungen in sich birgt. Auch kann die Schicht- bzw. Wanddicke der Kunststoffumhüllung so dünn gewählt werden, daß bei Aufrechterhaltung der Halterungs-Funktion auch eventuelle VDE-Vorschriften noch eingehalten werden können. Durch verhältnismäßig dünne Wanddicken kann schließlich ein entsprechend vergrößerter Wickelraum geschaffen werden.
Da bei Umspritzung der Ringkerne mit Kunststoff die elektrischen Wicklungen nicht unmittelbar auf dem Ringkern aufliegen und folglich zur Vermeidung von Draht- und Lackbrüchen die Stirnkanten des Ringkerns nicht verrundet sein müssen, sind an Stelle von formgepreßten aufwendigen Ringkernen auch einfacher herstellbare, stranggepreßte Ringkerne verwendbar.
Gemäß einem weiteren Vorschlag nach der Erfindung können an die Kunststoffschicht Trennwände angespritzt sein, durch welche z. B. zur Wicklungsisolation oder zum lagengerechten Wickeln bei mehrlagigen Wicklungen die Halterung ohne großen Aufwand in einzelne gegeneinander isolierte Kammern aufteilbar ist.
Die z. B. stiftförmigen Anschlüsse können durch L-förmige ersetzt sein, die im Bereich der Ringkernstirnfläche quer zur Längsmittelachse des Ringkerns herausgeführt sind. Durch die Verwendung dieser Anschlußelemente und hochtemperaturfester Kunststoffe erhält man Übertrager in sog. SMD-Ausführung; d. h. oberflächenmontierbare Übertrager.
Werden dabei die Wicklungsenden an die Anschlußelemente angeschweißt bzw. mit einem bevorzugt erst bei Temperaturen über 260 °C schmelzenden Lot angelötet und verwendet man einen hochtemperaturbeständigen Wickeldraht, z. B. einem mit Polyimid isolierten Draht, so kann das oberflächenmontierbare Bauelement mittels IR-Lötung, Dampfphaselötung oder auch Schwalllötung auf die Schaltungsplatine aufgelötet werden, ohne daß eine Beschädigung der Kunststoffumhüllung des Ringkernes zu befürchten ist. Somit ist ein SMD-Bauelement gegeben, das für Mischbestückung und auch für doppelseitige SMD-Bestückung geeignet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Figur 3 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Übertragers nach der Erfindung, wobei nur eine Wicklung dargestellt ist
Figur 4 einen Schnitt gemäß der Linie 4,4 in Figur 3, betrachtet in Pfeilrichtung BB
Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach Erfindung in der Darstellung nach Figur 4

Gemäß Figur 3, 4 ist ein z. B. stranggepreßter Ringkern 20 mit einer hochtemperaturfesten Kunststoffschicht 21 umspritzt. An die, betrachtet in Zeichnungsebene untere Stirnfläche der Kunststoffschicht 21 sind Augen 22, 24, 26, 28 angespritzt, in die Anschlußstifte 23, 25, 27, 29 eingebettet sind.
An die Kunststoffschicht 21 sind bevorzugt einstückige Trennwände 30 bis 33 angespritzt, durch welche die Umfangsfläche der Bauelemente jeweils in getrennte Kammern für die einzelnen Wicklungen - so z. B. für die Wicklung 40 - aufgeteilt wird.
Der so gestaltete Übertrager gewährleistet eine einwandfreie Wicklungsisolierung und schafft die Vorraussetzung für ein lagengerechtes und automatisiertes Wickeln und Anwickeln der Wicklungsenden 41 an die Anschlußstifte.
Die SMD-gerechte Übertrager-Ausführung nach Figur 5 zeigt einen Ferrit-Ringkern 50 mit umspritzter Kunststoffschicht 51 und angespritzten Trennwänden 56, 57 und 58. In den, betrachtet in Zeichnungsebene unteren Teil der Kunststoffschicht 51 sind L-förmige Anschlußelemente, z. B. Anschlußfahnen 52 bis 54, eingespritzt, die quer zur Längsmittelachse des Ringkerns 50 herausgeführt und in ihren freien Enden so gekrümmt sind, daß eine SMD - geeignete Montage der Bauelemente möglich ist. Beachtet man zudem im Bereich der Anschlußelemente 52 bis 54 eine bestimmte Höhe der Trennwände 56 bis 58, so wird zusätzlich ein für die Bauelemente sowie die Wicklungen erforderlicher Mindestabstand zur Oberfläche der Schaltungsplatine bei SMD-Montage gewährleistet.

Claims

1. Induktives Bauelement, insbesondere Übertrager, Drosselspule u. dgl., mit einem Ringkern aus ferromagnetischem Material, mindestens einer auf den Ringkern aufgebrachten Wicklung und Anschlußelementen zum Anschluß der Wickelenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkern (20, 50) unmittelbar mit bevorzugt hochtemperaturfestem Kunststoff (21, 51) umspritzt ist und daß in dessen zu mindestens einer der Ringkernstirnflächen benachbarten Bereiche Anschlußelemente (23, 25, 27, 29 bzw. 52, 53, 54) eingespritzt sind.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente Anschlußstifte (23, 25, 27, 29) sind.

3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente L-förmige, im Bereich der Ringkernstirnfläche quer zur Längsmittelachse des Ringkerns (50) herausgeführte Anschlußelemente (52, 53, 54) sind.

4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kunststoffschicht (21, 51) Trennwände (30 bis 33 bzw. 56 bis 58) für die einzelnen Wicklungen (40) angespritzt sind.

5. Bauelement nach Anspruch 1, 3 und 4 gekennzeichnet durch die Verwendung als SMD-Bauelement.