EP1023736A1 - Drossel zur funkentstörung - Google Patents

Drossel zur funkentstörung

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EP1023736A1
EP1023736A1 EP98958180A EP98958180A EP1023736A1 EP 1023736 A1 EP1023736 A1 EP 1023736A1 EP 98958180 A EP98958180 A EP 98958180A EP 98958180 A EP98958180 A EP 98958180A EP 1023736 A1 EP1023736 A1 EP 1023736A1
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EP
European Patent Office
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alloy
choke according
magnetic tape
choke
connecting wire
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EP98958180A
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English (en)
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EP1023736B1 (de
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Markus Brunner
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Original Assignee
Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1023736A1 publication Critical patent/EP1023736A1/de
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Publication of EP1023736B1 publication Critical patent/EP1023736B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/29—Terminals; Tapping arrangements for signal inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00

Definitions

  • the invention relates to a choke for radio interference suppression and a method for its production.
  • Single-wire chokes are chokes for radio interference suppression, which are designed as ring-shaped magnetic tape cores that can be plugged onto a wire or a connecting pin of a circuit component.
  • Such chokes for radio interference suppression are known from the data book of Toshiba Corporation, Material & Components, Technical Data, "Amorphous Noise Suppressor, AMOBEAD TM, Serial No. E-63001, January 30, 1988.
  • Single-line chokes have the advantage of large inductances even with large choke currents and a broadband interference suppression effect in the range from 10 kHz to 30 MHz compared to other components for radio interference suppression, such as an RC low-pass filter. Furthermore, they have a particularly high insertion loss even in the lower frequency range. After all, they have low overall losses and small component sizes.
  • so-called single-core chokes in the form of small wound magnetic tape cores made of amorphous alloys, in particular based on cobalt, are specified. The wound magnetic tape cores are pushed or plugged onto the current-carrying conductor of the component causing the fault. There they act as saturable chokes, with the help of which high-frequency interference can be effectively combatted during a switching operation. Following the switching process, however, the saturation of the magnetic material of the magnetic tape core no longer influences the circuit to be protected.
  • the tape to be entangled is usually fastened to a winding shaft made of tool steel, as a rule by spot welding. After welding, the magnetic tape core is wound with the desired geometric data. Finally, the end of the tape is again attached to the outer circumference of the magnetic tape core by spot welding. After the welding process has been completed, the magnetic tape core is sheared off the winding shaft. The resulting annular magnetic tape core can then be processed in a known manner. In particular, the magnetic tape core is subjected to a heat treatment and then covered with a passivation layer.
  • Single-conductor chokes of this type are, however, in production, since the ring-shaped components have to be attached manually via the connecting pins, for example a transistor or a diode.
  • the adjustment of the ring-shaped single-conductor choke around the connecting pins plays a major role and requires additional assembly effort.
  • Another significant disadvantage arises from the very poor thermal contact of the magnetic tape core with the connection pins of the circuit and the resulting poor dissipation of the heat loss from the magnetic tape core. For example, the loss of heat that occurs during magnetization up to saturation at frequencies in the range of a few hundred kilohertz generally leads to component heating of over 100 ° C.
  • the object of the present invention is therefore to provide a choke for radio interference suppression which can be produced with the least possible assembly effort and which has very good thermal contact of the magnetic tape core with the circuit for dissipating the heat loss from the magnetic tape core.
  • a choke for radio interference suppression which is characterized by the following features:
  • the choke for radio interference suppression according to the invention both avoids the mentioned installation difficulties and solves the problem of the thermal coupling of the choke to the rest of the circuit. All other advantages mentioned, in particular the very good damping properties, remain unrestricted.
  • a connecting wire is used for the production of magnetic tape cores, which serves as a winding shaft for the magnetic tape core.
  • the material of the connecting wire is made of an alloy that is both spot weldable for welding the magnetic tape to be entangled and soft solderable for later assembly of the component.
  • the connecting wire used as the winding shaft of the magnetic tape core remains in connection with the core winding in the magnetic tape core and then serves as the electrical conductor of the component.
  • the magnetic tape cores are optionally subjected to a heat treatment to adjust the magnetic properties. Subsequently, a wrapping of the magnetic tape core, for example with a common lacquer or a shrink tube, is appropriate. An epoxy powder coating can then be used as the coating. However, it would also be conceivable to encase the magnetic tape core with a thermoplastic or thermosetting molding compound.
  • the component that is then present can be compared externally to a conventional resistor and, of course, can be further processed like such by means of appropriate automatic placement machines, as are customary in printed circuit board manufacture. It is particularly advantageous if the chokes according to the invention for radio interference suppression are designed as SMD components.
  • Figure 1 shows a single-line choke according to the invention, which is designed as a donated component
  • Figure 2 shows a single-line choke according to the invention, which is designed as an SMD component
  • FIG. 3 shows a temperature-time diagram which shows the heating of the components of a single-line choke (b) according to the invention in comparison to a single-line choke according to the prior art (a).
  • 1 denotes a connecting wire.
  • the connecting wire 1 can have a circular, rectangular, or similar cross section. It would also be conceivable that the connecting wire 1 is designed in the form of a band.
  • a magnetic tape core 2 is arranged around the connecting wire 1.
  • the magnetic tape core 2 typically consists of a thin tape or a thin film which is wound around the connecting wire 1 in a coil-like manner.
  • a protective coating 3 can advantageously be provided in the area of the magnetic tape core 2 to protect the magnetic tape core 2.
  • the connecting wire 1, the magnetic tape core 2 and the protective coating 3 then form a single-conductor choke 4.
  • the ends of the connecting wire 1 can serve as a connector. Typically, however, the ends of the lead wire 1 are soldered into the circuit of an integrated circuit.
  • FIG. 2 shows a further single-inductor 4, which is designed here as a so-called SMD component (surface ounted device component).
  • SMD component surface ounted device component
  • the single-line choke 4 in FIG. 2 differs from that in FIG. 1 essentially by the housing design.
  • the SMD component shown here is suitable for surface mounting on a circuit board.
  • the connecting wire 1 is angled in an L-shape in the area not covered by the magnetic tape core 2. It would also be conceivable, as shown in the example in FIG. 2, that the regions of the connecting wire 1 which are not covered by the magnetic tape core 2 are angled several times in an L-shape.
  • a circuit board is designated by 5 in FIG.
  • the inductor 4 is connected to the L-shaped ends of the connecting wire 1 via a solder connection 6 to the circuit board 5.
  • a wire is cut to a predetermined length, which then forms the connecting wire 1.
  • an amorphous thin tape or a thin magnetic film is first welded onto the connecting wire 1 at one end.
  • This thin tape is then wound in a coil-like manner around the connecting wire 1 to form a magnetic tape core 2.
  • the second end of the tape is then if attached to the outer circumference of the wound coil by spot welding.
  • an annular magnetic tape core (2) is typically obtained. It is particularly advantageous if the annular magnetic tape core (2) is designed as a closed ring.
  • a heat treatment step then typically follows.
  • the heat treatment is typically carried out continuously.
  • the throughput speed is selected so that the thin strip is heated to a temperature of 450 ° C. ⁇ T ⁇ 550 ° C. for a heat treatment time of 0.5 seconds ⁇ t ⁇ 120 seconds.
  • This heat treatment step serves, among other things, for the mechanical relaxation treatment of the magnetic tape core 2.
  • the permeability and thus also the insertion loss correlated with it can thus be optimized in the desired manner.
  • the magnetic tape core 2 is treated in a magnetic field in order to set the desired hysteresis.
  • the protective coating 3 serves in particular for the mechanical protection of the magnetic tape core 2.
  • An epoxy powder coating or a thermoplastic or thermosetting molding compound can serve as protective coating 3.
  • the material of the connecting wire 1 is both weldable and solderable. Furthermore, it is essential that the material used for the connecting wire 1 has a sufficiently high electrical conductivity as well as a high thermal conductivity. Besides, it's Quite necessary that the material of the connecting wire 1 itself is non-ferromagnetic. Otherwise, in the application of the single-core chokes 4, eddy current effects could lead to extreme heating of the connecting wire 1.
  • connection wire 1 requirements for the material of the connecting wire 1 are ideally met by copper-based alloys.
  • Resistance-increasing elements such as nickel, beryllium, chromium, zirconium, manganese or similar elements have been alloyed to achieve spot weldability.
  • the most common are commercially available resistance alloys such as copper-nickel alloys or copper-manganese alloys.
  • a sufficiently good spot weldability of the lead wire 1 with the ferromagnetic materials of the magnetic tape core 2 is achieved with an alloy for the lead wire, which is derived from the formula (a + b) Ni a Mn b.
  • a and b are given in% by weight and meet the following conditions: 6 ⁇ a ⁇ 80 and 0 ⁇ b ⁇ 12.
  • the best results are achieved with a relatively low alloyed nickel content of approx. 6% by weight or manganese content of approx. 3% by weight.
  • the upper limit of the nickel content of these alloys is on the one hand due to the lower electrical conductivity as the nickel content increases and on the other hand due to the achievement of ferro-magnetic compositions.
  • the preferred composition is in the range of approx. 6-50% by weight) nickel with additions of 0-6% by weight) manganese.
  • the commercial alloy CuMn3 from the copper manganese system can be used.
  • Another alloy for the lead wire 1 with good spot weldability is achieved with an alloy which is composed of the formula CU_QO- (a + b) Mn a Ge b. there a and b are also given in% by weight and satisfy the following conditions: 3 ⁇ a ⁇ and 0 b ⁇ 6.
  • the connecting wire 1 also offers the use of simple copper wires, which are provided with a spot-weldable and solderable surface coating.
  • a coating with these properties can be produced, for example, by nickel plating.
  • a layer thickness of the nickel coating in the range of approximately 2 to 30 ⁇ m is sufficient to ensure the required good spot weldability and solderability.
  • this variant offers both the most favorable electrical properties and the most advantageous thermal conductivity.
  • Nickel plating in a reasonable frame. It is also advantageous to partially remove the nickel coating in the areas that are not covered by the magnetic tape core 2 after coating the magnetic tape core 2 in an etching solution.
  • the material of the magnetic tape core 2 consists of an amorphous or nanocrystalline, highly permeable, ferromagnetic alloy. It is particularly advantageous if this alloy consists of soft magnetic material.
  • amorphous cobalt-based alloy or a nanocrystalline iron base alloy is used. These alloys typically have a saturation magnetostriction
  • the simplest form of execution of the protective coating 3 of the single-core chokes 4 is provided by the casing.
  • the component is coated in the area of the magnetic tape core 2 by means of a powder coating.
  • comparable designs are obtained externally to conventional resistors, which are applied and soldered in printed form on the printed circuit board 5 during assembly.
  • Another design that is very interesting for later assembly can be realized by overmolding the area of the magnetic tape core 2 with a thermoplastic or thermosetting molding compound in a cuboid shape and then cutting and embossing the conductor.
  • so-called SMD components are obtained, which lead to a significant reduction in the technical outlay during component assembly and can be manufactured more cost-effectively.
  • copper-nickel connecting wires of different compositions were produced using an amorphous cobalt alloy.
  • alternating field permeabilities at 1 kHz of approx. 3000 are achieved.
  • the alternating field permeability drops to values around 1700.
  • the magnetic tape cores 2 are subjected to a heat treatment, the magnetic properties improve significantly.
  • the change Selfield permeabilities rise to values of approx. 250,000 (1 kHz) or 7,000 (1 MHz).
  • FIG. 3 shows a temperature-time diagram that shows the component heating of a single-wire choke (b) according to the invention in comparison to a single-wire choke according to the prior art (a).
  • a single-wire choke
  • the single-line throttle according to the prior art reached a final temperature of 8 ° C., while the single-line throttle according to the invention warms up to a maximum of 68 ° C.
  • the proposed design also ensures optimal thermal contact of the magnetic tape core 2 via the connecting wire 1 designed as a current-carrying conductor to the printed circuit board 5.
  • an excess temperature occurring in the magnetic tape core 2 can be reduced to values which are compatible with the alloys used. In this way, the problem of aging, which is functionally dependent on the temperature, can be drastically minimized.
  • circuit board 5 circuit board, circuit board

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drossel zur Funkentstörung mit einem Anschlussdraht (1), bestehend aus einer elektrisch leitenden und wärmeleitenden, nicht-ferromagnetischen ersten Legierung und mit einem Magnetbandkern (2), bestehend aus einer ferromagnetischen zweiten Legierung, der ein um den Anschlussdraht (1) zu einer Spule aufgewickeltes dünnes Band umfasst, das an seinen Enden formschlüssig mit dem Anschlussdraht (1) verbunden ist. Durch diese Drossel zur Funkentstörung werden neben der automatisierbaren Weiterbearbeitbarkeit auch ein optimaler thermischer Kontakt des Magnetbandkerns über den als stromführenden Leiter ausgeführten Anschlussdraht zur Leiterplatte erreicht. Dadurch kann eine im Magnetbandkern auftretende Übertemperatur auf für die verwendeten Legierungen verträgliche Werte reduziert werden. Auf diese Weise kann das Problem der Alterung, die e-funktional von der Temperatur abhängt, drastisch minimiert werden.

Description

Beschreibung
Drossel zur Funkentstörung
Die Erfindung betrifft eine Drossel zur Funkentstörung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
In getakteten Netzteilen, insbesondere in Schaltnetzteilen, kommt es durch sehr steile Spannungs- bzw. Stromflanken wäh- rend der Schaltoperationen des Netzteils zu elektromagnetischen Störungen. Diese sogenannten "breitbandigen Funkstörungen" sind jedoch unerwünscht. Ihre Frequenzen liegen im Bereich einiger hundert Kilohertz bis hinein in den Megaherzbe- reich. Entsprechend den Normen der elektromagnetischen Ver- träglichkeit (EMV) sind diese Funkstörungen am Entstehungsort, das heißt innerhalb des Gerätes, zu beseitigen.
Die wohl effektivste Methode zur Funkentstörung liegt in der Verwendung von sogenannten Einleiterdrosseln. Einleiterdros- sein sind Drosseln zur Funkentstörung, die als ringförmige, auf einen Draht oder einen Anschlußstift eines Schaltungsbauteils aufsteckbare Magnetbandkerne ausgebildet sind. Derartige Drosseln zur Funkentstörung sind aus dem Datenbuch der Toshiba Corporation, Material & Components, Technical Data, "Amorphous Noise Suppressor, AMOBEAD™, Serial No . E-63001, 30. Januar 1988, bekannt.
Einleiterdrosseln weisen gegenüber anderen Bauelementen zur Funkentstörung, wie beispielsweise einen RC-Tiefpaß, den Vor- teil von großen Induktivitäten auch bei großen Drosselströmen sowie einer breitbandigen Entstörwirkung im Bereich von 10 kHz bis 30 MHz auf. Des weiteren weisen sie eine besonders hohe Einfügungsdämpfung auch im unteren Frequenzbereich auf. Schließlich weisen sie geringe Gesamtverluste und kleine Bau- teilgrößen auf. In oben genanntem Dokument sind sogenannte Einleiterdrosseln in Form kleiner gewickelter Magnetbandkerne aus amorphen Legierungen, insbesondere auf Kobaltbasis angegeben. Die gewik- kelten Magnetbandkerne werden auf den Strom führenden Leiter des die Störung verursachenden Bauteils aufgeschoben bzw. aufgesteckt. Sie wirken dort als sättigbare Drosseln, mit deren Hilfe hochfrequente Störungen während eines Schaltvorganges effektiv bekämpft werden können. Im Anschluß an den Schaltvorgang erfolgt durch die Sättigung des Magnetmaterials des Magnetbandkerns jedoch keine Beeinflussung des zu schützenden Schaltkreises mehr.
Bei der Herstellung eines derartigen Magnetbandkerns aus ei- ner amorphen Legierungen wird jedoch üblicherweise das zu verwickelnde Band an einer Wickelwelle aus Werkzeugstahl in der Regel durch eine Punktschweißung befestigt. Nach dem Anschweißen wird der Magnetbandkern mit den gewünschten geometrischen Daten gewickelt. Schließlich wird das Bandende wie- der durch eine Punktschweißung am Außenumfang des Magnetbandkerns befestigt. Nach Abschluß des Schweißvorganges wird der Magnetbandkern von der Wickelwelle abgeschert. Der so entstandene ringförmige Magnetbandkern kann dann auf bekannte Weise weiterverarbeitet werden. Insbesondere wird dabei der Magnetbandkern einer Wärmebehandlung unterzogen und anschließend mit einer Passivierungsschicht bedeckt.
Derartige Einleiterdrosseln sind jedoch bei der Herstellung, da die ringförmigen Bauteile manuell über die Anschlußstifte, beispielsweise eines Transistors oder einer Diode, angebracht werden müssen. Dabei spielt insbesondere die Justierung der ringförmigen Einleiterdrossel um die Anschlußstifte eine große Rolle und erfordert zusätzlichen Montageaufwand. Ein weiterer wesentlicher Nachteil ergibt sich aus dem sehr schlechten thermischen Kontakt des Magnetbandkernes zu den Anschlußstiften der Schaltung und dadurch verursachter mangelhaften Abführung der Verlustwärme aus dem Magnetbandkern. So führt beispielsweise die bei einer Magnetisierung bis in die Sättigung bei Frequenzen im Bereich einiger hundert Kilohertz entstehende Verlustwärme in der Regel zu einer Bauteilerwärmung von über 100° C. Durch diese hohen Temperaturen und das durch den Betriebsstrom erzeugte Magnetfeld in Wik- kelrichtung kommt es zu einer Temperung, welche ungünstiger- weise eine rechteckförmige Hysteresschleife verursacht, die wiederum das Magnetfeld in Wicklungsrichtung verstärkt. Diese hohen Temperaturen werden von den eingesetzten Legierungen jedoch auf Dauer nicht verkraftet, was zu einer Alterung des Materials des Magnetbandkerns mit entsprechender Änderungen der magnetischen Eigenschaften der Legierungen führt. Diese bedingen in der Regel eine weitere Erhöhung der Ummagnetisie- rungsverluste, was letztendlich zum thermischen Versagen der Drossel führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Drossel zur Funkentstörung anzugeben, die mit einem möglichst sehr geringen Montageaufwand herstellbar ist und die zur Abführung der Verlustwärme aus dem Magnetbandkernes einen sehr guten thermischen Kontakt des Magnetbandkernes zur Schaltung aufweist .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Drossel zur Funkentstörung, die gekennzeichnet ist durch die folgen- den Merkmale:
- mit einem Anschlußdraht, bestehend aus einer elektrisch leitenden und wärmeleitenden, nicht-ferromagnetischen ersten Legierung und
- mit einem dünnen Band, bestehend aus einer ferromag- netischen zweiten Legierung, das um den Anschlußdraht zu einer Spule aufgewickelt ist, und das an seinem inneren Ende formschlüssig mit dem Anschlußdraht verbunden ist.
Durch die erfindungsgemäße Drossel zur Funkentstörung werden sowohl die genannten Montageschwierigkeiten vermieden, als auch das Problem der thermischen Ankopplung der Drossel an die übrige Schaltung gelöst. Alle anderen genannten Vorteile, insbesondere die sehr guten Dämpfungseigenschaften, bleiben uneingeschränkt erhalten.
Bei der erfindungsgemäßen Drossel zur Funkentstörung wird zur Herstellung von Magnetbandkernen ein Anschlußdraht verwendet, der als Wicklungswelle für den Magnetbandkern dient. Das Material des Anschlußdrahts ist aus einer Legierung, die sowohl punktschweißfähig zum Anschweißen des zu verwickelnden Magnetbandes, als auch weichlötbar zur späteren Montage des Bauteils ist. Der als Wickelwelle des Magnetbandkerns verwendete Anschlußdraht verbleibt im Anschluß an das Kernwickeln im Magnetbandkern und dient dann als elektrischer Leiter des Bauelements.
Nach dem Wickeln werden die Magnetbandkerne gegebenenfalls einer Wärmebehandlung zur Einstellung der magnetischen Eigenschaften unterzogen. Anschließend bietet sich eine Umhüllung des Magnetbandkerns, beispielsweise durch einen gängigen Lack oder einen Schrumpfschlauch, an. Als Lack kann dann ein Epoxypulverlack verwendet werden. Es wäre jedoch auch denkbar, den Magnetbandkern mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Preßmasse zu umhüllen.
Das dann vorliegende Bauteil ist äußerlich einem konventionellen Widerstand vergleichbar und kann selbstverständlich wie ein solcher durch entsprechende Bestückungsautomaten wie sie in der Leiterplattenfertigung üblich sind, weiterbe- arbeitet werden. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Drosseln zur Funkentstörung als SMD- Bauelemente ausgeführt sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegen- stand der Unteransprüche.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Einleiterdrossel, die als gestiftetes Bauelement ausgeführt ist;
Figur 2 eine erfindungsgemäße Einleiterdrossel, die als SMD- Bauelement ausgeführt ist;
Figur 3 ein Temperaturzeitdiagramm, das die Bauteilerwärmung einer erfindungsgemäßen Einleiterdrossel (b) im Vergleich zu einer Einleiterdrossel nach dem Stand der Technik (a) zeigt.
In Figur 1 ist mit 1 ein Anschlußdraht bezeichnet. Der Anschlußdraht 1 kann einen kreisförmigen, rechteckigen, oder ähnlichen Querschnitt aufweisen. Es wäre auch denkbar, daß der Anschlußdraht 1 bandförmig ausgebildet ist. Um den Anschlußdraht 1 herum ist ein Magnetbandkern 2 angeordnet. Der Magnetbandkern 2 besteht typischer Weise aus einem dünnen Band oder einer dünnen Folie, die spulenartig um den Anschlußdraht 1 herumgewickelt ist. Zusätzlich kann vorteilhaf- terweise zum Schutz des Magnetbandkerns 2 eine Schutzbe- schichtung 3 im Bereich des Magnetbandkerns 2 vorgesehen sein.
Der Anschlußdraht 1, der Magnetbandkern 2 und die Schutzbe- Schichtung 3 bilden dann eine Einleiterdrossel 4. Die Enden des Anschlußdrahts 1 können dabei als Steckverbindung dienen. Typischerweise werden die Enden des Anschlußdrahts 1 jedoch in den Schaltkreis einer integrierten Schaltung eingelötet.
Figur 2 zeigt eine weitere Einleiterdrossel 4, die hier als sogenanntes SMD Bauelement (surface ounted device Bauelement) ausgeführt ist. Gleiche Elemente sind in Figur 2 entsprechend Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Einleiterdrossel 4 in Figur 2 unterscheidet sich von der in Figur 1 im wesentlich durch die Gehäusebauform. Das hier gezeigte SMD-Bauelement ist zur Oberflächenmontage auf einer Platine geeignet. Der Anschlußdraht 1 ist hier in dem nicht von dem Magnetbandkern 2 bedeckten Bereich L-förmig abgewin- kelt. Es wäre auch denkbar, wie im Beispiel in Figur 2 gezeigt, daß die nicht vom Magnetbandkern 2 bedeckten Bereiche des Anschlußdrahtes 1 mehrfach L-förmig abgewinkelt ausgebildet sind.
Zusätzlich ist in Figur 1 mit 5 eine Leiterplatte bezeichnet. Die Einleiterdrossel 4 ist dabei an den L-förmig abgewickelten Enden des Anschlußdrahts 1 über eine Lotverbindung 6 mit der Leiterplatte 5 verbunden.
Zur Herstellung der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Einleiterdrosseln 4 sind die nachfolgenden Herstellungsschritte erforderlich.
Zunächst wird ein Draht auf eine vorgegebene Länge abgelängt, der dann den Anschlußdraht 1 bildet. Zur Herstellung des Magnetbandkerns 2 wird zunächst ein amorphes dünnes Band oder eine dünne Magnetfolie an ihrem einen Ende auf den Anschlußdraht 1 geschweißt. Anschließend wird dieses dünne Band spulenartig um den Anschlußdraht 1 zu einem Magnetbandkern 2 ge- wickelt. Das zweite Ende des Bandes wird anschließend eben- falls durch Punktschweißen am Außenumfang der aufgewickelten Spule befestigt. Auf diese Weise erhält man typischerweise einen ringförmigen Magnetbandkern (2) . Besonders vorteilhaft ist es, wenn der ringförmige Magnetbandkern (2) als geschlos- sener Ring ausgebildet ist.
Typischerweise schließt sich dann ein Wärmebehandlungsschritt an. Die Wärmebehandlung erfolgt dabei typischerweise im Durchlauf. Die Durchlaufgeschwindigkeit wird so gewählt, daß das dünne Band für eine Wärmebehandlungszeit 0,5sec < t ≤ 120sec auf eine Temperatur 450°C < T < 550°C erwärmt wird. Dieser Wärmebehandlungsschritt dient unter anderem der mechanischen Entspannungsbehandlung des Magnetbandkerns 2. Die Permeabilität und somit auch die damit korrelierte Einfü- gungsdämpfung kann so auf die gewünschte Art und Weise optimiert werden. Schließlich wird der Magnetbandkern 2 in einem Magnetfeld behandelt, um die gewünschte Hysterese einzustellen.
Nachdem der gewickelte Magnetbandkern 2 wie oben beschrieben weiterbehandelt wurde, ist es besonders vorteilhaft, im Bereich des Magnetbandkerns 2 eine Schutzbeschichtung 3 aufzubringen. Die Schutzbeschichtung 3 dient insbesondere dem mechanischen Schutz des Magnetbandkerns 2.
Als Schutzbeschichtung 3 kann ein Epoxypulverlack bzw. eine thermoplastische oder duroplastische Preßmasse dienen. Es wäre jedoch auch denkbar, die Einleiterdrossel 4 mit einem einfachen Schrumpfschlauch zu bedecken.
Erfindungswesentlich ist, daß das Material des Anschlußdrahts 1 sowohl schweißbar als auch lötbar ist. Des weiteren ist es wesentlich, daß das für den Anschlußdraht 1 verwendete Material einen hinreichend hohen elektrischen Leitwert sowie eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Außerdem ist es zwin- gend erforderlich, daß das Material des Anschlußdraht 1 selber nicht-ferromagnetisch ist. Es könnte sonst in der Anwendung der Einleiterdrosseln 4 durch Wirbelstromeffekte zu einer extremen Aufheizung des Anschlußdrahts 1 kommen.
Diese Anforderungen an das Material des Anschlußdrahts 1 werden in idealer Weise von Legierungen auf Kupferbasis erfüllt. Zur Erlangung der Punktschweißbarkeit sind hier widerstandserhöhende Elemente wie beispielsweise Nickel, Beryllium, Chrom, Zirkon, Mangan oder ähnliche Elemente zulegiert worden. Am gebräuchlichsten sind dabei handelsübliche Wider- standslegierungen wie Kupfer-Nickel-Legierungen bzw. Kupfer- Mangan-Legierungen .
Eine hinreichend gute Punktschweißbarkeit des Anschlußdrahts 1 mit den ferromagnetischen Materialien des Magnetbandkerns 2 wird mit einer Legierung für den Anschlußdraht erreicht, die sich aus der Formel (a+b)Nia Mnb zusammensetzt. Dabei ist a und b in Gew.% angegeben sind und genügen den folgenden Bedingungen: 6<a≤80 und 0<b<12.
Die besten Ergebnisse werden mit einem relativ niedrigen einlegierten Nickelgehalt von ca. 6 Gew.% bzw. Mangananteil von ca. 3 Gew.% erreicht. Nach oben ist der Nickelanteil dieser Legierungen zum einen durch den mit steigendem Nickelgehalt sich verringernden elektrischen Leitwert und zum anderen durch das Erreichen ferro agnetischer Zusammensetzungen begrenzt. Die bevorzugte Zusammensetzung liegt dabei im Bereich von ca. 6 - 50 Gew.%) Nickel mit Zusätzen von 0 - 6 Gew.%) Mangan. Aus dem Kupfermangansystem kann beispielsweise die kommerzielle Legierung CuMn3 verwendet werden.
Eine weitere Legierung für den Anschlußdraht 1 mit guter Punktschweißbarkeit wird mit einer Legierung erreicht, die sich aus der Formel CU_QO- (a+b)MnaGeb zusammensetzt. Dabei ist a und b ebenfalls in Gew.% angegeben sind und genügen den folgenden Bedingungen: 3<a≤β und 0 b≤6.
Eine sehr einfache Möglichkeit für den Anschlußdraht 1 bietet sich jedoch auch in der Verwendung von einfachen Kupferdrahten, die mit einer punktschweißbaren und lotbaren Ober- flachenbeschichtung versehen sind. Eine Beschichtung mit diesen Eigenschaften läßt sich zum Beispiel durch Vernickeln herstellen. Hierbei ist eine Schichtdicke der Nickelbe- Schichtung im Bereich von ca. 2 - 30 um ausreichend, um die geforderte gute Punktschweißbarkeit und Lötbarkeit sicherzustellen. Diese Variante bietet bezüglich dem als elektrischen Leiter verwendeten Anschlußdraht 1 sowohl die günstigsten elektrischen Eigenschaften als auch die günstigste thermische Leitfähigkeit.
Die in der ferromagnetischen Nickelschicht entstehenden zusatzlichen Wirbelstromverluste führen zwar zu einer geringf gigen zusätzlichen Erwärmung des Bauteils, jedoch bewegt sich dieser Effekt aufgrund der sehr geringen Schichtdicke der
Nickelauflage in einem vertretbaren Rahmen. Es ist außerdem vorteilhaft, die Nickelbeschichtung in den Bereichen, die nicht vom Magnetbandkern 2 umfaßt werden, nach der Ummante- lung des Magnetbandkerns 2 in einer Atzlösung partiell wieder zu entfernen.
Für die Funktion der Drossel zur Funkentstörung ist es unbedingt notwendig, daß das Material des Magnetbandkerns 2 aus einer amorphen oder nanokristallinen, hochpermeablen, ferro- magnetischen Legierung besteht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Legierung aus weichmagnetischem Material besteht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Werkstoff hier eine amorphe Kobaltbasislegierung oder eine nanokristalline Eisen- basislegierung verwendet wird. Typischerweise weisen diese Legierungen eine Sättigungsmagnetostriktion | λs I < 5 ppm auf.
Die einfachste Form der Ausführung der Schutzbeschichtung 3 der Einleiterdrosseln 4 bietet die Umhüllung. Dabei wird im Bereich des Magnetbandkerns 2 das Bauteil mittels eines Pulverlackes beschichtet. Man erhält so äußerlich konventionellen Widerständen vergleichbare Bauformen, die bei der Montage in gestifteter Form auf der Leiterplatte 5 aufgebracht und verlötet werden.
Eine weitere für die spätere Montage sehr interessante Bauform kann durch Umspritzen des Bereichs des Magnetbandkerns 2 mit einer thermoplastischen oder duroplatischen Form- masse in Quaderform und anschließendem Ablängen und Prägen des Leiters realisiert werden. Auf diese Weise erhält man sogenannte SMD-Bauelemente, die bei der Bauteilmontage zu einer deutlichen Reduktion des technischen Aufwandes führen und kostengünstiger herstellbar sind.
In beiden Bauformen ist die thermische Anbindung an die Umgebende Schaltung vergleichbar gut, so daß hier bezüglich der Anwendungseigenschaften keine gravierenden Unterschiede zu erwarten sind.
Entsprechend den gezeigten Ausführungsbeispielen wurden unter der Verwendung einer amorphen Kobalt-Legierung Kupfernickelanschlußdrähte unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt. Bei Magnetbandkernen 2 ohne Wärmebehandlung werden Wechsel- feldpermeabilitäten bei 1 kHz von ca. 3000 erreicht. Bei höheren Meßfrequenzen im Bereich von 1 MHz sinkt die Wechselfeldpermeabilität auf Werte um ca. 1700 ab. Werden jedoch die Magnetbandkerne 2 einer Wärmebehandlung unterzogen so verbessern sich die magnetischen Eigenschaften deutlich. Die Wech- selfeldpermeabilitäten steigen auf Werte von ca. 250000 (1 kHz) bzw. 7000 (1 MHz) .
Figur 3 zeigt ein Temperaturzeitdiagramm, daß die Bauteiler- wärmung einer erfindungsgemäßen Einleiterdrossel (b) im Vergleich zu einer Einleiterdrossel nach dem Stand der Technik (a) zeigt. Um hier die Vergleichbarkeit sicherzustellen, wurden für die Untersuchung der Magnetbandkerne 2 gleiche Induktivitäten verwendet. Die Magnetisierung erfolgt dabei bei ei- nem Strom von Ieff = 4,5 A bei einer Frequenz von 100 kHz.
Unter diesen Bedingungen erreichte die Einleiterdrossel nach dem Stand der Technik eine Endtemperatur von 8 °C, während die erfindungsgemäße Einleiterdrossel sich auf maximal 68°C erwärmt .
Somit wird neben der automatisierbaren Weiterbearbeitbarkeit durch die vorgeschlagene Bauform auch eine optimaler thermischer Kontakt des Magnetbandkerns 2 über den als stromführenden Leiter ausgeführten Anschlußdraht 1 zur Leiterplatte 5 erreicht. Dadurch kann eine im Magnetbandkern 2 auftretende Übertemperatur auf für die verwendeten Legierungen verträgliche Werte reduziert werden. Auf diese Weise kann das Problem der Alterung, die e-funktional von der Temperatur abhängt, drastisch minimiert werden.
Bezugszeichenliste
1 Anschlußdraht
2 Magnetbandkern
3 Schutzbeschichtung
4 Drossel zur Funkentstörung
5 Platine, Leiterplatte
6 Lotverbindung

Claims

Patentansprüche
1. Drossel zur Funkentstörung
- mit einem Anschlußdraht (1) , bestehend aus einer elektrisch leitenden und wärmeleitenden, nicht-ferromagnetischen ersten Legierung und
- mit einem Magnetbandkern (2), bestehend aus einer ferroma- gnetischen zweiten Legierung, der ein um den Anschlußdraht (1) zu einer Spule aufgewickeltes dünnes Band umfaßt, das an seinem inneren Ende formschlüssig mit dem Anschlußdraht (1) verbunden ist.
2 . Drossel nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Legierung aus einem weichlötbaren und schweißbaren Material besteht.
3. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierung eine Zusammensetzung aufweist, die aus der Formel
Cuιoo-(a+b)NiaMnb
besteht, wobei a und b in Gew.% angegeben sind und folgenden Bedingungen 6≤a≤80 und 0≤b≤12 genügen.
4. Drossel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Legierung eine Zusammensetzung aufweist, die aus der Formel
Cuιoo-(a+b)MnaGeb
besteht, wobei a und b in Gew.% angegeben sind und folgenden Bedingungen 3<a≤6 und 0<b≤6 genügen.
5. Drossel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußdraht (1) ein Kupferdraht ist, der eine Nik- kelbeschichtung aufweist.
6. Drossel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelbeschichtung eine Schichtdicke von 2 - 30 μ aufweist .
7. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Legierung aus einem weichmagnetischen Material besteht .
8. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Legierung aus einem hochpermeablen, amorphen oder nanokristallinem Material besteht.
9. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Legierung eine amorphe Kobaltbasislegierung ist, die nach einer Wärmebehandlung eine Sättigungsmagneto- striktion | λs I 5 ppm aufweist.
10. Drossel nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Legierung eine nanokristalline Eisenbasislegierung ist, die nach der Wärmebehandlung eine Sättigungs- agnetostriktion |λs| < 5 ppm aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Drossel nach einem der Ansprüche 1 -10 mit folgenden Verfahrensschritten: a) Es wird ein abgelängter Anschlußdraht (1) bereitgestellt; b) Das dünne Band wird an seinem einen Ende über eine erste Schweißnaht an dem Anschlußdraht (1) befestigt; c) Das dünne Band wird spulenförmig um den Anschlußdraht (1) zu einem Magnetbandkern (2) gewickelt; d) Das andere Ende des dünnen Bandes wird über eine zweite Schweißnaht am Außenumfang des Magnetkerns befestigt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetbandkern (2) einer Wärmebehandlung zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften und zur mechanischen Entspannung unterzogen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung im Durchlauf erfolgt und daß die Durchlaufgeschwindigkeit so gewählt wird, daß das dünne Band für eine Wärmebehandlungszeit 0,5sec ≤ t ≤ 120sec auf eine Temperatur 450°C < T < 550°C erwärmt wird.
14. Drossel nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel eine Schutzbeschichtung (3) zum Schutz des Magnetbandkerns (2) aufweist.
15. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden des Anschlußdrahtes (1) L-förmig abge- wickelt sind.
16. Drossel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Drossel (4) ein sogenanntes SMD-Bauelement ist.
17. Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetbandkern (2) ein geschlossener Ringkern vorgesehen ist.
18. Verwendung einer Drossel nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Schaltnetzteil.
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