Beschreibung

Kernbauteil Es wird ein Kernbauteil für ein induktives Bauelement angegeben. Das Kernbauteil kann beispielsweise in einer Drossel oder einem Transformator eingesetzt werden.

Es sind Kernbauteile bekannt, bei denen eine oder mehrere Kanten einen Übergang in Form einer symmetrischen Verrundung oder einer symmetrischen Fase aufweist.

Es ist eine Aufgabe, ein Kernbauteil mit verbesserten

Eigenschaften anzugeben.

Es wird ein Kernbauteil angegeben, das beispielsweise als Ferritkern ausgebildet ist. Das Kernbauteil weist wenigstens eine Kante mit einem Übergang auf. Die Kante wird

insbesondere durch das Aufeinandertreffen einer ersten und einer zweiten Oberfläche gebildet. Der Übergang ist

insbesondere zwischen den zwei Oberflächen ausgebildet.

Beispielsweise sind die erste und zweite Oberfläche

zueinander senkrecht angeordnet. Durch den Übergang soll eine scharfkantige Kante vermieden werden, die besonders anfällig für eine Rissbildung im Kernbauteil ist. Vorzugsweise ist die Kante eine Innenkante. In einer weiteren Ausführungsform ist die Kante eine Außenkante.

Beispielsweise weist das Kernbauteil Bereiche mit

unterschiedlicher Höhe auf. Beispielsweise weist das

Kernbauteil wenigstens eine Stufe auf. Die Kante ist dabei zwischen den Bereichen unterschiedlicher Höhe, insbesondere einer Stufe ausgebildet. Durch den Übergang gehen die Bereiche unterschiedlicher Höhe weniger abrupt ineinander über. Insbesondere weist das Bauteil im Bereich des Übergangs eine Höhe auf, die zwischen einer ersten und einer zweiten Höhe des Bauteils liegt.

Der Übergang ist unsymmetrisch ausgebildet. Insbesondere ist der Übergang unsymmetrisch bezüglich einer Spiegelung an der Winkelhalbierenden der gedachten scharfkantigen Kante

ausgebildet. Es hat sich herausgestellt, dass durch einen unsymmetrischen Übergang die Robustheit des Kernbauteils erhöht werden kann. Insbesondere können mechanische

Spannungen im Kernbauteil reduziert und Spannungsspitzen vermieden werden. Vorzugsweise weist der Übergang in unterschiedlichen

Richtungen unterschiedliche Kantenmaße auf. Ein erstes

Kantenmaß gibt dabei vorzugsweise die Ausdehnung des

Übergangs senkrecht zum Kantenverlauf und in der Ebene der ersten Oberfläche an. Ein zweites Kantenmaß gibt dabei vorzugsweise die Ausdehnung des Übergangs senkrecht zum

Kantenverlauf und in der Ebene der zweiten Oberfläche an.

In einer Ausführungsform ist das Kantenmaß des Übergangs in derjenigen Richtung größer, in der größere Zugspannungen auftreten. Beispielsweise können die Zugspannungen im

Betrieb, insbesondere bei thermischer oder mechanischer

Belastung auftreten.

Alternativ oder zusätzlich können mechanische Spannungen, insbesondere Zugspannungen, während der Herstellung des

Kernbauteils erzeugt werden. Beispielsweise können

Dichteunterschiede in einem Verpressvorgang eines Kernbauteils im Grünzustand entstehen. Die Dichteunterschiede hängen unter anderem von der geometrischen Beschaffenheit des Kernbauteils und insbesondere von der geometrischen Form eines Übergangs ab. In einer Ausführungsform ist der

unsymmetrische Übergang so ausgebildet, dass die

Dichteunterschiede möglichst gering gehalten werden.

In einer Ausführungsform weist das Kernbauteil eine

Stirnseite auf. An der Stirnseite des Kernbauteils kann eine Aussparung ausgebildet sein, die eine Kante

mit einem unsymmetrischen Übergang aufweist. Das erste

Kantenmaß verläuft beispielsweise in Höhenrichtung des

Kernbauteils und das zweite Kantenmaß senkrecht zur Richtung des ersten Kantenmaßes und senkrecht zur Kante.

Beispielsweise verläuft das zweite Kantenmaß in einer

Querschnittsebene des Kernbauteils. Beispielsweise weist das Kernbauteil die Grundform eines Zylinders, insbesondere eines Hohlzylinders, auf. Beispielsweise verläuft die Kante in radialer Richtung des Kernbauteils.

In einer Ausführungsform des Kernbauteils ist das erste

Kantenmaß des Übergangs in Höhenrichtung kleiner als das zweite Kantenmaß des Übergangs, insbesondere als ein zweites Kantenmaß, das innerhalb einer Querschnittsebene des

Kernbauteils verläuft. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer derartigen geometrischen Ausbildung des Übergangs Risse im Kernbauteil besonders gut verhindert werden können.

Insbesondere lassen sich durch eine große Ausdehnung des Übergangs in der Querschnittsebene die im Herstellungsprozess entstehenden Dichteunterschiede im Kernbauteil gering halten. Die genaue Ausdehnung des Übergangs innerhalb der

Querschnittsebene kann nach den geometrischen Randvorgaben des Bauelements und durch eine Bestimmung mechanischer

Spannungen im Bauelement optimiert werden.

In einer Ausführungsform ist das Verhältnis der Kantenmaße in einer ersten und zweiten Richtung größer gleich 1,1,

vorzugsweise ist das Verhältnis größer gleich 1,2. In einer Ausführungsform ist das Verhältnis der Kantenmaße größer als

1.0 und kleiner gleich 2,5, vorzugsweise ist das Verhältnis größer als 1,0 und kleiner gleich 2,0. In einer

Ausführungsform liegt das Verhältnis der Kantenmaße zwischen

1.1 und 2,5, vorzugsweise zwischen 1,2 und 2,0.

In einer Ausführungsform weist der Übergang wenigstens abschnittsweise eine geradlinige Kontur auf. Die Kontur kann mehrere geradlinige Abschnitte aufweisen. Insbesondere können diese Abschnitte unterschiedliche Steigungen aufweisen.

Beispielsweise setzt sich die Kontur aus zwei geradlinigen Abschnitten zusammen. Ein erster geradliniger Abschnitt verläuft beispielsweise bis zur Winkelhalbierenden der gedachten scharfen Kante. Ein zweiter geradliniger

Abschnitt einer anderen Steigung schließt sich daran an.

In einer Ausführungsform weist der Übergang wenigstens abschnittsweise eine ellipsenförmige Kontur an. In einer Ausführungsform weist der Übergang wenigstens eine

parabelförmige Kontur auf.

In einer Ausführungsform weist der Übergang wenigstens abschnittsweise oder vollständig eine nach innen gewölbte Form auf. Insbesondere ist der Übergang konkav ausgebildet.

In einer Ausführungsform ist der Übergang frei von scharfen Kanten. Insbesondere können Kantenbereiche des Übergangs abgerundet sein. Beispielsweise sind bei mehreren aneinander anschließenden geradlinigen Abschnitten die Übergangsbereiche zwischen den Abschnitten abgerundet. In einer Ausführungsform ist die Kante zur Durchführung von elektrischen Drähten ausgebildet. Insbesondere wird durch die Kante eine Aussparung gebildet, durch die ein Draht geführt werden kann. Der Draht kann insbesondere zum elektrischen Anschluss des Kernbauteils oder eines weiteren Bauteils ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Kernbauteil zur

Aufnahme eines weiteren Bauteils ausgebildet. Die Kante ist beispielsweise zur Herausführung eines elektrischen Drahtes vom weiteren Bauteil her ausgebildet. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bauteilanordnung aus einem Kernbauteil und einem

weiteren Bauteil angegeben. Das Kernbauteil der

Bauteilanordnung kann alle funktionellen und strukturellen Eigenschaften des oben beschriebenen Kernbauteils aufweisen. Das weitere Bauteil ist vorzugsweise im Kernbauteil

aufgenommen .

In einer Ausführungsform ist das weitere Bauteil als ein mit einem Draht umwickeltes Bauteil ausgebildet. Der Draht kann durch die Kante des Kernbauteils herausgeführt sein. Das weitere Bauteil weist beispielsweise einen Spulenkern, insbesondere einen Rollenkern auf, um den ein elektrischer Draht gewickelt ist. Der umwickelte Kern kann als Drossel ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich um eine

Leistungsinduktivität handeln. Das Bauteil aufweisend die

Kante mit dem Übergang dient beispielsweise zur magnetischen Abschirmung des weiteren Bauteils. Dies ermöglicht eine

Montage mehrerer Bauteile in hoher Dichte. Die vorgehend beschriebenen Merkmale des Kernbauteils können in Kombination miteinander oder einzeln in einem Kernbauteil verwirklicht sein. Gleiches gilt für die

Kernbauteilanordnung. Zudem gelten die Merkmale, die

bezüglich des Kernbauteils beschrieben sind, auch für die Kernbauteilanordnung und umgekehrt.

Im Folgenden werden die hier beschriebenen Gegenstände anhand von schematischen und nicht maßstabsgetreuen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 in einer vereinfachten Schnittdarstellung einen

Ausschnitt aus einem Kernbauteil mit einem unsymmetrischen Übergang,

Figur 2A in einer seitlichen Ansicht eine erste

Ausführungsform eines Kernbauteil mit einem unsymmetrischen Übergang,

Figur 2B in einer perspektivischen Ansicht das Kernbauteil aus Figur 2A,

Figur 3A in einer seitlichen Ansicht eine zweite

Ausführungsform eines Kernbauteils mit einem unsymmetrischen Übergang,

Figur 3B in einer perspektivischen Ansicht das Kernbauteil aus Figur 3A, Figur 4 in einer perspektivischen Ansicht eine dritte

Ausführungsform eines Kernbauteils mit einem unsymmetrischen Übergang. Vorzugsweise verweisen in den folgenden Figuren gleiche

Bezugszeichen auf funktionell oder strukturell entsprechende Teile der verschiedenen Ausführungsformen.

Figur 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus einem Kernbauteil 1. Vorzugsweise ist das Kernbauteil 1 als Ferritkern ausgebildet. Beispielsweise ist das

Kernbauteil 1 gesintert. Das Kernbauteil 1 kann mit einem weiteren Kernbauteil zusammenwirken. Beispielsweise kann das weitere Kernbauteil als Spulenkern ausgebildet sein und mit einem Wickeldraht umwickelt sein. Das vorliegende Kernbauteil 1 kann frei von Wicklungen sein. Es können Drähte des

Spulenkerns aus dem vorliegenden Kernbauteil 1 herausgeführt und elektrisch angeschlossen werden. Beispielsweise

weist das Kernbauteil 1 äußere Abmessungen im Bereich von 6 mm bis 12 mm auf.

Das Kernbauteil 1 weist eine Kante 2 auf. Die Kante ist beispielsweise als Innenkante ausgebildet. Beispielsweise ist die Kante 2 in einer Aussparung zur Herausführung von

elektrischen Drähten ausgebildet. Die Kante 2 wird durch das Aufeinandertreffen zweier Oberflächen 3, 4 unterschiedlicher Neigungen gebildet. Eine erste Oberfläche 3 ist horizontal angeordnet, eine zweite Oberfläche 4 ist vertikal angeordnet. Beide Oberflächen 3, 4 verlaufen senkrecht zur Bildebene. Treffen die Oberflächen 3, 4 übergangslos aufeinander, weist das Kernteil 1 eine scharfe Kante 5 auf, die hier gestrichelt angedeutet ist. Vorliegend wäre diese eine scharfe Kante 5 im 90° Winkel, die in die Bildebene hinein verläuft. Eine scharfe Kante 5 ist oft eine potentielle Schwachstelle und kann ein Ausgangspunkt für Risse, insbesondere nach

mechanischer oder thermischer Belastung, sein. Zur Erhöhung der Robustheit des Kernbauteils 1 weist die Kante 2 einen Übergang 7 auf. Der Übergang 7 ist

unsymmetrisch ausgebildet. Insbesondere ist der Übergang 7 bezüglich einer Winkelhalbierenden der gedachten scharfen Kante 5 nicht achsensymmetrisch, bzw. im Dreidimensionalen bezüglich einer Winkelhalbierenden Ebene betrachtet nicht flächensymmetrisch ausgebildet.

Insbesondere weist der Übergang 7 unterschiedliche erste und zweite Kantenmaße x, y auf, die in der Abbildung in

vertikaler bzw. horizontaler Richtung verlaufen. Das erste Kantenmaß x in vertikaler Richtung ist kleiner als das zweite Kantenmaß y in horizontaler Richtung. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Kantenmaß in der

Richtung, in der große Zugspannungen auftreten, d.h.

vorliegend in horizontaler Richtung, besonders groß gewählt ist. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Kantenmaße y, x größer als 1,1, besonders bevorzugt liegt es mindestens bei 1,2. Beispielsweise ist das Verhältnis größer als 1,0 und kleiner gleich 2,0. Der genaue Wert der Kantenmaße x, y ist unter anderem abhängig von den Abmessungen des Kernbauteils 1. Beispielsweise liegt das Kantenmaß x in vertikaler

Richtung bei 1,0 mm.

Der Übergang 7 weist eine nach innen gewölbte Form auf. Die Kontur 15 des Übergangs weist einen parabelförmigen

Verlauf auf. Mit der zweiten Oberfläche 4 schließt die

Konturlinie der Kontur 15 einen spitzen Winkel größer als 20° ein. An die erste Oberfläche 3 nähert sich die Konturlinie annähernd asymptotisch an und schließt mit der Oberfläche 3 im Schnittpunkt einen möglichst kleinen Winkel ein,

beispielsweise einen Winkel kleiner als 5°. Der erfindungsgemäße Übergang 7 kann einen anderen Verlauf und eine andere Ausrichtung aufweisen als in Figur 1 gezeigt. Insbesondere kann der Übergang 7 auch beliebig von 0° bis 360° um seine Mittelachse oder um eine beliebige Achse gedreht sein.

Alternativ oder zusätzlich kann das Kernbauteil 1 eine

Außenkante mit einem unsymmetrischen Übergang aufweisen. Bei einer Außenkante wird anstelle des Begriffs „Übergang" auch der Begriff „Abtragung" verwendet.

Figur 2A zeigt in einer seitlichen Ansicht eine erste

Ausführungsform eines Kernbauteils 1 mit einem

unsymmetrischen Übergang 7. Figur 2B zeigt dieses Kernbauteil 1 in einer perspektivischen Ansicht. Das Kernbauteil 1 weist die Grundform eines Zylinders, insbesondere eines

Kreiszylinders auf. Das Kernbauteil 1 ist als Hohlzylinder ausgebildet. Eine Stirnseite 8 des Kernbauteils 1 ist

strukturiert ausgebildet. Insbesondere ist eine Aussparung 9 vorgesehen, durch die beispielsweise Drähte geführt werden können. Aufgrund der Aussparung 9 weist das Kernbauteil 1

Bereiche unterschiedlicher Höhe auf. Insbesondere weist das Kernbauteil 1 innerhalb der Aussparung 9, insbesondere an der Oberfläche 3 in der Aussparung 9, eine geringere Höhe auf als an einem Bereich der Stirnseite 8, in dem keine Aussparung 9 ausgebildet ist.

Die kreis- oder ringförmige Grundfläche des Zylinders ist nur als Beispiel gedacht. Die Grundfläche kann beispielsweise auch rechteckig, oval oder von beliebiger anderer Form sein. Beispielsweise weist das Kernbauteil die Grundform eines Quaders auf. Das Kernbauteil kann auch eine andere Form als eine Zylinderform aufweisen. Beispielsweise weist das

Kernbauteil eine ellipsoide Grundform auf.

Innerhalb der Aussparung 9 weist das Kernbauteil 1 eine Kante 2 mit einem Übergang 7 auf. Der Übergang weist ein erstes Kantenmaß x auf, das kleiner ist als ein zweites Kantenmaß y. Das zweite, größere Kantenmaß y verläuft in der Ebene eines Querschnitts des Kernbauteils 1. In der

vorliegenden Abbildung wäre diese eine horizontale Ebene durch das Kernbauteil 1 aus Figur 2A. Es hat sich gezeigt, dass durch ein größeres Kantenmaß y in der Ebene des

Querschnitts die Robustheit des Kernbauteils 1 erhöht werden kann .

Der Übergang 7 weist eine Kontur 15 mit zwei geradlinigen Abschnitten 10, 11 auf. In der perspektivischen Ansicht des Kernbauteils 1 in Figur 2B ist zu sehen, dass die

geradlinigen Abschnitte 10, 11 der Kontur 15 die Konturen zweier ebener Flächenbereiche 16, 17 darstellen. Die

geradlinigen Abschnitte 10, 11 weisen unterschiedliche

Steigungen auf. Insbesondere ist die Steigung des ersten geradlinigen Abschnitts 10 geringer als die Steigung des zweiten geradlinigen Abschnitts. Entsprechend sind die zwei ebenen Flächenbereiche 16, 17 unterschiedlich geneigt. Die Übergangsbereiche 12, 13, 14 zwischen den geradlinigen

Abschnitten 10, 11 und den anschließenden ersten und zweiten Oberflächen 3, 4 sind jeweils abgerundet.

Beispielsweise kann der erste geradlinige Abschnitt 10 bis zur Winkelhalbierenden verlaufen und der zweite geradlinige Abschnitt 11 sich daran anschließen.

Die Geometrie des Übergangs 7 kann beispielsweise wie folgt optimiert werden. Es wird ein Kernbauteil 1 hergestellt, das wie das Kernbauteil 1 aus den Figuren 2A und 2B ausgebildet ist, aber einen symmetrischen Übergang, insbesondere eine symmetrische Fase, aufweist. Das Kernbauteil 1 kann real oder in einer Simulation hergestellt werden. Die Fase weist beispielsweise eine geradlinige Kontur auf und schließt mit beiden Oberflächen 3, 4 einen Winkel von 45° ein. Die genaue Position der Schnittpunkte der Konturlinie mit den

Oberflächen 3, 4 richtet sich nach den geometrischen

Gegebenheiten des Kernbauteils 1. Anschließend werden die mechanischen Spannungen im Kernbauteil 1 ermittelt, z. B. in einer Simulation oder in einem real durchgeführten Drop-Test. Daraufhin wird dasjenige Kantenmaß des Übergangs vergrößert, das auf der gleichen Seite der Winkelhalbierenden der

gedachten scharfen Kante liegt wie die größten mechanischen Spannungen im Bereich des Übergangs. Der neue Übergang weist nun in einer Richtung das bisherige Kantenmaß und in der anderen Richtung ein verlängertes Kantenmaß auf. Die neue Kontur des Übergangs kann beispielsweise geradlinig

ausgebildet sein. Alternativ kann die neue Kontur

beispielsweise aus mehreren geradlinigen Abschnitten

zusammengesetzt werden. Beispielsweise wird die Kontur auf der Seite der Winkelhalbierenden, die dem beizubehaltenden Kantenmaß zugeordnet ist, beibehalten. Dann wird ausgehend vom Schnittpunkt der Konturlinie mit der Winkelhalbierenden auf der Seite der Winkelhalbierenden, die dem verlängerten Kantenmaß zugeordnet ist, ein weiterer gerader Abschnitt ausgebildet, so dass der Übergang in dieser Richtung nun das zweite Kantenmaß aufweist. Figur 3A zeigt in einer seitlichen Ansicht eine zweite

Ausführungsform eines Kernbauteils 1 mit einem

unsymmetrischen Übergang 7. Figur 3B zeigt dieses Kernbauteil 1 in einer perspektivischen Ansicht. Das hier gezeigte

Kernbauteil 1 ist im Wesentlichen wie das Kernbauteil 1 aus den Figuren 2A und 2B ausgebildet, allerdings weist es eine andere Geometrie des unsymmetrischen Übergangs 7 auf.

Der Übergang 7 weist eine ellipsenförmige Kontur 15 auf. Das Kantenmaß x in Höhenrichtung entspricht der kleinen Halbachse der Ellipse und das Kantenmaß y der großen Halbachse der Ellipse .

In einem Drop-Test wurde die Stabilität eines Kernbauteils 1 aufweisend einen unsymmetrischen Übergang wie in den Figuren 2A und 2B gezeigt ermittelt. Zum Vergleich wurde ein Drop- Test mit Kernbauteilen durchgeführt, bei denen der Übergang als symmetrische Fase ausgebildet war. Im Drop-Test wiesen die Kernbauteile 1 mit einem unsymmetrischen Übergang

eine höhere Stabilität auf.

Figur 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine dritte Ausführungsform eines Kernbauteils 1 mit einem

unsymmetrischen Übergang 7. Das Kernbauteil 1 ist als Quader ausgebildet. Ein Quader kann als Zylinder mit einer

rechteckigen, beispielsweise eine quadratischen, Grundfläche angesehen werden. Das Kernbauteil 1 weist einen geschlossenen Boden 18 auf. Beispielsweise bildet das Kernbauteil 1 ein Gehäuse. Das Kernbauteil weist zwei Kanten 2 mit jeweils einem unsymmetrischen Übergang 7 auf. Der Übergang 7 ist wie in den Figuren 2A und 2B ausgebildet. Bezugs zeichenliste

1 Kernbauteil

2 Kante

3 erste Oberfläche

4 zweite Oberfläche

5 scharfe Kante

6 Zugspannungen

7 Übergang

8 Stirnseite

9 Aussparung

10 erster geradliniger Abschnitt

11 zweiter geradliniger Abschnitt

12 Übergangsbereich

13 Übergangsbereich

14 Übergangsbereich

15 Kontur

16 erster ebener Flächenbereich

17 zweiter ebener Flächenbereich

18 Boden x erstes Kantenmaß

y zweites Kantenmaß