Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein induktive Bauelemente, etwa Speicherdrosseln, und dergleichen, in denen Leistungen von einigen Watt bis zu einem oder mehreren Kilowatt und mehr in entsprechenden elektronischen Baugruppen, etwa Netzteilen, Wechselrichtern, und dergleichen umgesetzt werden.

Durch den immensen Fortschritt bei der Herstellung elektronischer Schaltelemente, etwa von Thyristoren, Leistungs-MOS-Feldeffekttransistoren, und dergleichen im Zusammenwirken mit leistungsfähigen Steuerschaltungen werden zunehmend Leistungsschaltungen entwickelt, in denen große Ströme geschaltet werden, um eine entsprechende Anpassung von Strom und Spannung entsprechender elektronischer Baugruppen zu erreichen. Unter diesen Bedingungen ist in der Regel eine Speicherkomponente erforderlich, in der die Lastströme während der Schaltpausen entsprechender elektronischer Schalter "zwischengespeichert" werden, wozu induktive Bauelemente, etwa Speicherdrosseln, und dergleichen, eingesetzt werden. Ein derartiges induktives Bauelement weist neben einer Wicklung einen geeigneten Kern aus magnetisierbarem Material auf, um damit die Speicherfähigkeit durch die Materialeigenschaften im Vergleich zu Spulen ohne magnetischen Kern deutlich zu erhöhen. Abhängig von der jeweiligen Taktfrequenz der elektronischen Baugruppe werden dazu geeignete weichmagnetische Materialien, etwa Eisen, Nickel, Kobalt, und dergleichen auch in Form sogenannter Ferrite, verwendet, wobei abhängig von der jeweiligen Verwendungsart die Gestalt des Kernes so angepasst wird, dass ein hoher Leistungsdurchsatz in Verbindung mit den gewünschten magnetischen und elektrischen Eigenschaften ermöglicht wird, wobei zunehmend die Energieeffizienz derartiger elektronischer Baugruppen ein wesentlicher Faktor für die kommerzielle und technische Nutzung darstellt.

Bei der Verarbeitung relativ hoher Leistungen sind abhängig von der auftretenden Versorgungsspannung relativ hohe Ströme erforderlich, so dass die Wicklungen der induktiven Bauelemente für die jeweils hohen Ströme ausgelegt sein müssen. Des Weiteren werden die entsprechenden Taktfrequenzen in Abhängigkeit der verwendeten Schaltungstopologie relativ hoch aber nicht zu hoch gewählt, so dass einerseits geringere Speicherfähigkeiten der Drosselspulen ausreichend sind und andererseits die Schaltverluste der elektronischen Schalter sowie die Ummagnetisierungsverluste des Kernmaterials akzeptabel bleiben. Bei der Auswahl einer höheren Taktfrequenz muss gegebenenfalls auch die Oberfläche der Wicklung eine geeignete Größe aufweisen, da ansonsten die Kupferverluste erheblich ansteigen. Aus diesem Grunde werden für induktive Bauelemente mit höherer Leistung häufig Kupferwicklungen mit großem Drahtquerschnitt und auch größerer Oberfläche verwendet, die aufgrund der relativ geringen Windungszahl auch als freitragende Wicklungen vorgesehen werden. Für derartige Anwendungszwecke haben sich auch Kernformen als vorteilhaft erwiesen, in denen ein großer Teil der Wicklung außen von dem Kern umschlossen wird, so dass neben einer verbesserten mechanischen Integrität des gesamten Bauelements auch die magnetische Abschirmung ausreichend hoch ist. Bei der Montage eines entsprechend ausgebildeten induktiven Bauelementes wird die Wicklung in einen geeignet ausgebildeten Kern eingelegt, der gegebenenfalls mittels eines Deckels dann geschlossen wird, wobei das innere Volumen des induktiven Bauelements dann mit einem Vergussmaterial gefüllt wird, um die mechanische Stabilität und die elektrischen Eigenschaften zu gewährleisten.

Beim Betrieb eines derartigen induktiven Bauelements für höhere Leistungen treten, wie eingangs erläutert ist, zum einen Ohmsche Verluste in der Wicklung auf, die zum einen von der effektiven Größe des Stromes abhängen, und zum anderen durch Stromverdrängungseffekte zwischen benachbarten Windungen / Lagen und auch durch die Frequenz der gepulsten Ströme bestimmt sind, da bei zunehmender Frequenz lediglich die Oberflächen nahen Bereiche des Kupfermaterials zur Stromführung beitragen, zum anderen treten auch im Kernmaterial selbst Verluste auf. Da die magnetischen Eigenschaften und somit das Verhalten der gesamten elektronischen Baugruppe auch von der effektiven Temperatur des Kernmaterials bestimmt sind, muss bei der Gestaltung der Form und der Auswahl der Baugröße des induktiven Bauelements auch die thermische Effizienz und somit das Wärmeableitverhalten berücksichtigt werden, wodurch gegebenenfalls ein geeignet größeres Bauvolumen zu wählen ist, um die gewünschte Betriebstemperatur bei voller Last nicht zu überschreiten.

Durch die zunehmende Verbreitung von Leistungselektronikbaugruppen mit getakteter Stromversorgung ist es jedoch wichtig, ein möglichst geringes Bauvolumen bei gewünschtem Leistungsdurchsatz zu ermöglichen, wobei auch die Verwendung teurer Materialien, etwa in Form von Vergussmaterialien, Klebermaterialien zur Fixierung der freitragenden Wicklung, etc., möglichst zu reduzieren ist. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit denen eine verbesserte thermische Ankopplung an den magnetischen Kern und/oder die Reduzierung Verwendung von Materialien bei insgesamt geringem Bauvolumen bei vorgegebener Leistung erreicht wird. Allgemein wird die zuvor genannte Aufgabe gelöst, indem ein Materialbereich oder Haltebereich vorgesehen wird, an dem eine selbsttragende Wicklung eines induktiven Bauelements mit einer großen Auflagefläche ankoppelt, so dass in Verbindung mit einer besseren mechanischen Fixierung auch eine verbesserte thermische Ankopplung der Wicklung an den Kern erfolgt, wodurch sich insgesamt für ein vorgegebenes Bauvolumen eine größere elektrische Leistung umsetzen lässt. Erfindungsgemäß wird daher ein induktives Bauelement bereitgestellt, das eine freitragende Wicklung und einen magnetischen Kern mit einer Kernschale aufweist, die die freitragende Wicklung zumindest teilweise umschließt. Des Weiteren ist ein Haltebereich mit mindestens einer Auflagefläche vorgesehen, an der die freitragende Wicklung fixiert ist und die der Kontur zumindest eines Teils einer Windung der freitragenden Wicklung nachgebildet ist. Ferner ist eine Vergussmasse vorgesehen, die die Auflagefläche und die Wicklung umgibt.

Aufgrund einer geeigneten Konturbildung des Haltebereichs ergibt sich somit eine verbesserte mechanische und damit auch thermische Ankopplung der Wicklung an das Kernmaterial, so dass dieses als effizientes Kühlmaterial dienen kann, da die Wärme wirksam über die Außenflächen des Kerns, die die Wicklung zumindest teilweise umschließen, abgeführt werden kann. Zu diesem Zweck ist beispielsweise die Auflagefläche der Steigung zumindest einer Windung zumindest teilweise nachgeführt, so dass insbesondere bei freitragenden Wicklungen mit Windungen, die eine große Oberfläche besitzen, beispielsweise in Form rechteckförmiger Leiterquerschnitte, eine sehr effiziente mechanische und thermische Ankopplung erfolgen kann. Durch die der Kontur der Wicklung angepassten Auflagefläche kann gegebenenfalls ein zusätzliches Klebematerial, etwa in Form von Silikon, und dergleichen, in der Menge verringert werden, wobei dennoch eine effiziente mechanische Fixierung für die nachfolgende Montage des induktiven Bauelements erfolgt, so dass dadurch ebenfalls ein sehr effizienter Wärmeübergang zwischen der Wicklung und dem Kernmaterial erreicht werden kann. In anderen vorteilhaften Ausführungsformen kann bei geeigneter Kontu- rierung der Auflagefläche eine ausreichende mechanische Fixierung ohne die Verwendung eines Klebematerials bewerkstelligt werden, so dass beim Vergießen des induktiven Bauelements ein nahezu direkter Kontakt zwischen der Auflagefläche und der Wicklung, d.h., dem Kupfer oder Leitermaterial oder der isolierenden Lackschicht der Wicklung, beibehalten wird, wodurch ebenfalls zu einem reduzierten thermischen Widerstand beigetragen wird, während gleichzeitig die Fertigungskosten gesenkt werden können. Insbesondere wenn die Auflagefläche effizient an den Kern angekoppelt ist, etwa bei Vorsehen der Auflagefläche als Teil des Kernmaterials oder als ein speziell gestaltetes Einlegeteil mit hoher Wärmeleitfähigkeit ergibt sich somit eine sehr effiziente thermische Ankopplung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Auflagefläche durchgehend der Steigung des Teils der Windung nachgebildet. Das heißt, in dieser Ausführungsform ergibt sich zumindest über den Teil der Windung hinweg ein sehr geringer thermischer Widerstand, da ein großer Teil der Windung in direktem mechanischem Kontakt mit der Auflagefläche ist oder zumindest von dieser nur geringfügig beabstandet bleibt, wobei eine gleichbleibende Schichtstärke eines entsprechenden Klebematerials zwischen der Auflagefläche und dem Teil der Windung vorgesehen werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Auflagefläche der Kontur zumindest einer Anfangswindung der Wicklung nachgebildet. Auf diese Weise wird ein relativ großflächiger verbesserter thermischer Übergangswiderstand zwischen der Wicklung und dem Haltebereich, der wiederum thermisch sehr gut an den Kern angekoppelt ist oder einen Teil des Kerns darstellt, erzielt, während auch eine verbesserte mechanische Fixierung erreicht wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Haltebereich aus einem magnetisierbaren Kernmaterial aufgebaut. In diesem Fall wird neben der guten thermischen Ankopplung an die Wicklung auch ein verbessertes magnetisches Verhalten erreicht, da ein in konventionellen Spulenaufbauten üblicherweise für Kernmaterial nicht genutzter Bereich für die Führung des magnetischen Feldes verfügbar ist, so dass aufgrund der höheren magnetischen Effizienz und aufgrund der besseren thermischen Eigenschaften bei gegebener Leistungsanforderung ein geringeres Bauvolumen verwirklicht werden kann. Das magnetisierbare Kernmaterial des Haltebereichs kann dabei aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut sein. Beispielsweise unterscheidet sich das Kernmaterial des Haltebereichs von dem Kernmaterial der Kernschale, so dass auch ein höherer Grad an Flexibilität erreicht wird, um die gesamten Kerneigenschaften einzustellen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Haltebereich ein Teil der einstückig hergestellten Kernschale. Das heißt, der Haltebereich ist ein integraler Bestandteil der Kernschale, so dass insgesamt eine hohe thermische und magnetische Effizienz der Kernschale erreicht wird, während der Herstellungsvorgang vereinfacht ist, da lediglich die Kernschale mit der geeigneten Konturierung der Auflagefläche gepresst werden muss. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Haltebereich, der aus einem magnetisierbaren Kernmaterial aufgebaut ist, eine Stirnfläche auf, mit der der Haltebereich auf die Kernschale aufgesetzt ist. In dieser Weise kann die Kernschale gemäß konventioneller Vorgaben aufgebaut werden, während die eigentliche Konturierung der Auflagefläche in Form eines Einlegeteils bewerkstelligt wird, das mit der geeigneten Form und der gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt, beispielsweise gepresst, wird. Auf diese Weise werden einfache Fertigungsvorgänge für die jeweiligen Komponenten, also die Kernschale und den Haltebereich, ermöglicht, wobei im Hinblick auf die gesamten magnetischen Eigenschaften ein erhöhter Grad an Flexibilität ermöglicht wird, da das Einlegeteil, d.h. der Haltebereich, aus einem gewünschten Material hergestellt wird, wobei für verschiedene Versionen des induktiven Bauelements unterschiedliche Materialsorten bei ansonsten gleichen geometrischen Abmessungen verwendet werden können. In anderen Fällen kann die ansonsten gleiche Kerngeometrie angewendet werden, und die Konturierung der Auflagefläche kann entsprechend dem Einlegeteil geeignet ausgewählt und damit an verschiedene Arten von Wicklungen angepasst werden, die dann mit dem gleichen Kernaufbau in diversen elektronischen Baugruppen zu verwenden sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Haltebereich somit aus einem magnetisierbaren Kernmaterial aufgebaut, das sich von dem magnetisierbaren Kernmaterial der Kernschale unterscheidet, wodurch sich die zuvor genannte höhere Flexibilität bei der Einstellung der endgültigen magnetischen Eigenschaften des gesamten Kerns ergibt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest die Auflagefläche des Haltebereichs aus einem elektrisch isolierenden Material zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit aufgebaut. Dabei kann in einer Ausführungsform der gesamte Haltebereich einschließlich der Auflagefläche aus einem Einlegeteil aufgebaut sein, sofern die Wärmeleiteigenschaften des isolierenden Materials geeignet sind, um die gewünschte effiziente thermische Ankopplung der Wicklung an das Kernmaterial zu erreichen. In diesem Falle kann somit das elektrisch isolierende Material als beispielsweise die Steigung der Anfangswindung repräsentierendes Formteil hergestellt werden, das dann mit der ersten Windung der Wicklung in Kontakt ist. In anderen Ausführungsformen wird das elektrisch isolierende Material auf eine der Kontur der Windung angepasste Fläche aufgesetzt, wobei das elektrisch isolierende Material eine nahezu gleichbleibende Dicke besitzt, so dass die Auflagefläche, die durch das isolierende Material bereitgestellt wird, einen nahezu gleichbleibenden Abstand der Windung zu dem darunterliegenden Kernmaterial erzeugt. Damit werden somit nahezu gleichbleibende ther- mische Bedingungen für den Wärmeübergang von der Wicklung zum Kernmaterial durch das elektrisch isolierende Material geschaffen. Andererseits ergibt sich eine deutlich höhere Spannungsfestigkeit bei Auswahl eines geeigneten Isoliermaterials. Da eine Vielzahl an elektrisch isolierenden Materialien verfügbar ist, die zudem auch eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, kann das induktive Bauelement effizient an eine Vielzahl von Einsatzzwecken, d.h. auftretende Spannungen und Ströme, angepasst werden.

In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist ein Klebematerial zur Fixierung der Wicklung vorgesehen, wobei sich das Klebematerial von dem Vergussmaterial unterscheidet. In diesen Ausführungsformen wird also zusätzlich zu dem Vergussmaterial zunächst eine Verklebung zumindest eines Teils der Wicklung mit dem Haltebereich durchgeführt, so dass danach das Vergießen mit hoher Präzision im Hinblick auf die Positionierung der einzelnen Komponenten des Bauelements erfolgen kann. In einigen Ausführungsformen erfolgt das Verkleben mittels eines Silikonmaterials, wie es etwa von der Wacker AG, Burghausen unter den Handelsnamen Semicosil 988/1 k oder Semicosil 989/1 k bezogen werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Auflagefläche durch das Klebematerial gebildet. Das heißt, das Klebematerial wird so vorgesehen, dass es der Kontur der Windung nachgeführt ist, so dass sich ein entsprechender "Kleberkeil" ausbildet, der zum einen für die mechanische Fixierung und zum anderen für die vorteilhafte thermische An- kopplung der Wicklung an das Kernmaterial sorgt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das zuvor genannte Silikonmaterial vorteilhaft eingesetzt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Auflagefläche der Kontur zumindest einem Teil von mehreren Windungen der Wicklung nachgebildet. Auf diese Weise ergibt sich sowohl eine bessere mechanische als auch thermische Ankopplung der Wicklung an das Kernmaterial, so dass bei der Weiterbearbeitung des induktiven Bauelements, etwa beim Ausfüllen mit Vergussmaterial, auf weitere Klebematerialien verzichtet werden kann, wobei dennoch eine hohe mechanische Präzision beibehalten wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt die Kernschale einen ersten Kernschalenteil mit einem ersten Bereich der Auflagefläche und einen zweiten Kernschalenteil mit einem zweiten Bereich der Auflagefläche. In dieser Ausführungsform sind somit zwei Kernschalenteile vorgesehen, die jeweils für sich zumindest teilweise der Kontur einer oder mehrerer Windungen nachgebildet sind, so dass sich bei zusammengesetzten induktiven Bauelementen die gesamte Auflagefläche ergibt. Beispielsweise wird dazu in einigen Ausführungsfor- men die Kernschale so aufgebaut, dass beide Kernschalenteile die Oberseite und Unterseite des magnetischen Kerns repräsentieren, die dann entlang einer magnetischen Längsrichtung, d.h. entlang der Längsrichtung der Wicklung, geeignet zusammengesetzt werden. Auf diese Weise lässt sich die Auflagefläche der Kontur der Anfangswindung und der Endwicklung der Wicklung nachbilden, so dass sich daraus die zuvor genannten Vorteile im Hinblick auf die mechanische Fixierung und die thermischen Eigenschaften ergeben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ferner ein Mittelschenkel vorgesehen, der zumindest über einen Teil seiner Länge von der Wicklung umschlossen ist und auf dem ersten und/oder dem zweiten Kernschalenteil aufgesetzt ist. Durch die Separierung des Mittelschenkels können der erste und der zweite Kernschalenteil auch in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Wicklung zusammengeführt werden und somit die Wicklung umschließen, während in einem weiteren Bearbeitungsschritt sodann der Mittelschenkel eingeführt wird. Auf diese Weise lassen sich die Kernschalenteile so herstellen, dass eine Nachbildung der Kontur auch "innerer" Windungen möglich ist, woraus sich eine weiter verbesserte Ankopplung in thermischer und mechanischer Hinsicht ergibt. Damit können die Windungen bei Bedarf in lateraler Richtung, d.h. senkrecht zur Längsrichtung, vollständig oder teilweise in den geeignet konturierten Aussparungen des Kernmaterials angeordnet werden, wobei gegebenenfalls kein weiteres Klebematerial erforderlich ist. Des Weiteren ergibt sich durch das Vorsehen des separaten Mittelschenkels, der in einigen anschaulichen Ausführungsformen auch gleichzeitig daran angebracht einen "Deckel" des Kernes aufweist, ein hoher Grad an Flexibilität bei der Einstellung der gewünschten Kerneigenschaften des induktiven Bauelements. Zu diesem Zweck kann der Mittelschenkel aus einem beliebigen gewünschten Kernmaterial hergestellt werden, etwa aus Eisenpulver, aus Eisen enthaltenden Legierungen, und dergleichen, so dass sich die gewünschte magnetische Permeabilität ergibt. Des Weiteren können bei Bedarf geeignete Spalte eingearbeitet werden, wobei durch die separate Herstellung des Mittelschenkels keine komplexen und aufwendigen Fertigungsschritte erforderlich sind. So kann etwa durch Vorsehen unterschiedlicher Materialien für den Mittelschenkel und Kernschalenteile eine Nichtlinearität der Induktivität in Abhängigkeit des Stromes eingestellt werden, woraus sich ein verbessertes Teillastverhalten des induktiven Bauelements ergibt. Ferner können durch geeignet gestaltete Spalte im Mittelschenkel ebenfalls nichtlineare Verläufe der Induktivität in Abhängigkeit des Stromes ohne aufwendige Herstellungsverfahren erzeugt werden, so dass in Verbindung mit den weiteren verbesserten Eigenschaften, die sich durch die "Einbettung" zumindest eines Teils der Windungen der Wicklungen in das Material der Kernschalenteile ergibt, ein sehr leistungsstarkes, induktives Bauelement bei kleinem Bauvolumen erhalten wird.

In vorteilhaften Ausführungsformen repräsentiert das induktive Bauelement eine Speicherdrossel, die somit in vielen Schaltungstopologien, beispielsweise zur Glättung von Stromverläufen, zum Heraufsetzen und Herabsetzen von Gleichspannungen, und dergleichen, verwendet werden kann. Insbesondere ermöglicht die effiziente Ankopplung zumindest eines Teils der Wicklung an das Kernmaterial ein geringeres Bauvolumen im Vergleich zu konventionellen Leistungsdrosseln oder es wird für das gleiche Bauteilvolumen die Verarbeitung höherer Leistungen ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor und werden auch in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt, wobei auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:

Fig. 1A eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines magnetischen Kerns eines induktiven Bauelements mit einem Haltebereich mit Auflagefläche zeigt, die der Kontur einer Windung des induktiven Bauelements nachgebildet ist,

Fig. 1 B schematisch induktive Bauelemente zeigt, wenn die Wicklung in die dargestellte Kernschale eingeführt ist,

Fig. 1 C und 1 D schematisch Querschnittsdarstellungen zeigen, in denen die Wicklung unter Verwendung eines zusätzlichen Klebematerials eingesetzt wird und ein Vergussmaterial mit einem Deckel zur Komplettierung des induktiven Bauelements verwendet wird,

Fig. 1 E und 1 F schematisch Querschnittsansichten des induktiven Bauelements zeigen, wenn ein geeignetes Klebematerial, etwa ein Silikonmaterial, als Haltebereich verwendet wird, so dass das Klebematerial der Kontur der Anfangswindung der Wicklung nachgebildet ist,

Fig. 1 G schematisch eine Querschnittsansicht des induktiven Bauelements zeigt, wenn die Auflagefläche durch ein Einlegeteil mit gewünschten elektrisch isolierenden Eigenschaften mit relativ konstanter Dicke gebildet wird, wobei das Einlegeteil auf eine konturierte Aufnahmefläche des Kernmaterials aufgebracht wird,

Fig. 1 H schematisch eine Querschnittsansicht zeigt, in der ein Einlegeteil verwendet wird, um die der Kontur nachgebildete Auflagefläche bereitzustellen,

Fig. 11 schematisch eine Querschnittsansicht des induktiven Bauelements zeigt, wobei ein unterer und ein oberer Kernschalenteil jeweils eine konturierte Auflagefläche besitzen, so dass eine Nachbildung der Kontur sowohl der Anfangs- als auch der Endwindung der Wicklung erreicht wird,

Fig. 2A schematisch eine Draufsicht auf den magnetischen Kern eines induktiven Bauelements zeigt, wobei die Kernteile lateral an der Wicklung angebracht werden, um damit eine Nachbildung der Kontur auch innerer Windungen zu ermöglichen, und

Fig. 2B und 2C schematisch Querschnittsansichten des induktiven Bauelements zeigen, wobei ein separater Mittelschenkel vorgesehen ist, der nach Zusammenfügen der entsprechenden Kernschalenteile eingesetzt wird und

Fig. 2D schematisch einen Querschnitt des induktiven Bauelements zeigt, wobei die Kernteile lateral an der Wicklung angebracht werden, um damit eine Nachbildung der Kontur auch innerer Windungen zu ermöglichen, und wobei der separate Mittelschenkel vor der Zusammenführung bereits in die Wicklung eingebracht ist. Somit können beide äußeren Kernteile geschlossen ausgebildet sein.

Fig. 1A zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines induktiven Bauelements 100, das beispielsweise in Form einer Speicherdrossel, und dergleichen verwendet werden kann. In der gezeigten Montagephase umfasst das induktive Bauelement 100 einen magnetischen Kern 120, wovon lediglich ein erster Teil, der auch als Kernschale 140 bezeichnet wird, dargestellt ist. Die Kernschale 140 ist aus einem beliebigen geeigneten magnetisierbaren Material, etwa Eisenpulver, Eisenlegierungen, in Form eines Ferritmaterials, und dergleichen aufgebaut, so dass die erforderlichen magnetischen Eigenschaften erreicht werden. Vorteilhafterweise ist dabei die Kernschale 140 aus einem Ferritmaterial aufgebaut, das sowohl die gewünschten magnetischen Eigenschaften besitzt als auch eine hohe mechanische Stabilität und eine gute Wärmeleitfähigkeit bereitstellt. In der gezeigten Ausführungsform ist die Kernschale 140 so gestaltet, dass eine in diese einzusetzende Wicklung zumindest teilweise umschlossen wird, wie dies auch nachfolgend detaillierter beschrieben und gezeigt ist. Die Kernschale 140 weist in der gezeigten Ausführungsform einen Mittelschenken 130 auf, der einen Teil der Kernschale 140 repräsentiert und damit einen Teil des Materials der Kemschale 140 darstellt. Der Mittelschenkel 30 ist so gestaltet, dass dieser sich entlang einer Längsrichtung der Wicklung erstreckt und damit von dieser umschlossen wird. Ferner ist in der Kernschale 140 in der gezeigten Ausführungsform ein Haltebereich 150 vorgesehen, der so gestaltet ist, dass darauf oder darüber die noch einzusetzende Wicklung auf einer Auflagefläche 150s aufgesetzt werden kann. Dabei besitzt die Auflagefläche 150s eine geeignete Gestalt, so dass diese der Kontur der Windung oder zumindest eines Teils davon nachgebildet ist, so dass sich eine geeignete mechanische Fixierung für die noch aufzusetzende Wicklung gibt und auch die thermische Ankopplung der Wicklung bzw. der auf oder über der Auflagefläche 150s aufgesetzten Windung an das Material der Kernschale 140 verbessert ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Auflagefläche 150s in Form einer "Wendel" gebildet, die der jeweiligen Steigung der Anfangswindung der noch einzusetzenden Wicklung nachgebildet ist, so dass über die gesamte Anfangswindung hinweg die verbesserte mechanische und thermische Kopplung erreicht wird.

Die Kernschale 140, wie sie in Fig. 1A gezeigt ist, kann somit den elektrischen und magnetischen Gegebenheiten angepasst sein, wie dies von dem Bauelement 100 entsprechend dem Anwendungszweck gefordert ist, wobei aufgrund der Konturierung der Auflagefläche 150s insgesamt ein geringeres Bauteilvolumen für eine spezifizierte Leistung realisiert werden kann, da Wärmeableitung über die Kernschale 140 nach außen verbessert ist.

Fig. 1 B zeigt schematisch das Bauelement 100 in einer Montagephase, in der eine Wicklung 1 10 in die Kernschale 140 eingesetzt ist, so dass die Wicklung 1 10 den Mittelschenkel 130 zumindest über den wesentlichen Teil seiner Erstreckung in einer Längsrichtung, d.h. in Fig. 1 B die vertikale Richtung, umschließt. Die Wicklung 1 10 ist in Form einer freitragenden Wicklung vorgesehen, d.h. die einzelnen Windungen der Wicklung 1 10 sind aus einem geeigneten leitenden Material, etwa Kupfer, so aufgebaut, dass keine weiteren Komponenten, etwa ein Spulenkörper, und dergleichen, erforderlich sind, um die Form der Wicklung 1 10 beizubehalten. Wie bereits eingangs erläutert ist, ist das induktive Bauelement 100 für relativ hohe Ströme ausgelegt, wobei aufgrund der typischerweise höheren Taktfrequenzen von einigen hundert Hertz bis zu einigen hundert Kilohertz und höher für gewöhnlich relativ geringe Induktivitätswerte bei Speicherdrosseln erforderlich sind, so dass die Anzahl der einzelnen Windungen in der Wicklung 1 10 relativ gering ist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Querschnitt des Leiters für die einzelnen Windungen der Wicklung 110 in Form eines Rechteckes gegeben, wobei zu beachten ist, dass selbstverständlich entsprechende Ecken verrundet sein können, so dass sich für einen geforderten Querschnitt ein relativ großer Umfang und damit eine große Oberfläche ergibt, was vorteilhaft ist im Hinblick auf die thermische und mechanische Ankopplung an die Auflagefläche 150s sowie auch im Hinblick auf das elektrische Verhalten bei höheren Frequenzen. Der entsprechende Querschnitt ist beispielsweise für einen Anschlussbereich 1 1 1 und einen Anschlussbereich 1 12 gezeigt. Ferner ist die Wicklung 1 10 mit ihrer Anfangswindung 1 13 auf die Auflagefläche 150s aufgesetzt, da die Fläche 150s, wie zuvor erläutert ist, entlang der gesamten Steigung der Anfangswindung 1 13 der Kontur der Windung 1 13 nachgebildet ist. In der gezeigten Ausführungsform kann dabei die Windung 1 13 unmittelbar mit der Auflagefläche 150s, etwa dem Kernmaterial in Kontakt sein, d.h. mit einem entsprechenden Leitermaterial oder auch mit Isoliermaterial, das gegebenenfalls auf die Windungen aufgebracht ist, wenn die elektrische Isolationsfähigkeit des Materials des Kerns 140 nicht ausreichend ist, um entsprechende Kriechströme zwischen der Wicklung 1 10 und dem Kern 1 0 zu vermeiden.

Fig. 1 C zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des induktiven Bauelements 100 beim Einsetzen der Wicklung 1 10 in die Kernschale 140. In einer Ausführungsform wird dabei an der Wicklung 1 10 und/oder der Kernschale 140 ein Klebematerial 101 vorgesehen, das in einer bevorzugten Ausführungsform in Form von Silikonmaterial der Firma Wacker mit den Handelsnamen Semicosil 988/1 k oder Semicosil 989/1 k bereitgestellt wird. Beim Einsetzen der Wicklung 1 10 wird somit eine mechanische Fixierung der Wicklung 1 10 zumindest an dem Haltebereich 150 erreicht, wobei je nach Menge des Materials 101 gegebenenfalls auch eine dünne Schicht zwischen der Windung 1 13 und der Auflagefläche 150s beibehalten wird. Es sollte jedoch beachtet werden, dass aufgrund der Konturierung der Auflagefläche 150s entsprechend der Gestalt der Windung 1 13 insgesamt eine bessere mechanische Fixierung beim Einsetzen der Wicklung 1 10 erfolgt, so dass, wie dies zuvor mit Bezug zu Fig. 1 B beschrieben ist, gegebenenfalls auf das Klebematerial 101 vollständig verzichtet werden kann, oder aber die Menge kann sehr gering gewählt werden, so dass sich insgesamt reduzierte Fertigungskosten ergeben. Fig. 1 D zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des induktiven Bauelements 100 im fertig montierten Zustand. Wie gezeigt, ist die Wicklung 1 10 in die Kernschale 140 eingesetzt und liegt auf oder, wenn das Klebematerial 101 vorgesehen ist, über der Auflagefläche 150s des Haltebereichs 150, so dass sich eine gute thermische Kopplung an das Material der Kernschale 140 ergibt. Des Weiteren ist ein Vergussmaterial 102 in das Volumen der Kernschale 140 eingeführt, so dass die gewünschte mechanische Stabilität sowie die Integrität des Bauelements 100 im Hinblick auf chemische und andere Einflüsse erreicht werden. Ferner ist ein "Deckel" 160 vorgesehen, so dass der gewünschte magnetische Rückfluss für die Kernschale 140 erreicht wird. Je nach gewünschten Eigenschaften kann dabei ein Spalt 131 vorgesehen werden, indem der Mittelschenkel 130 mit geeigneter Länge im Vergleich zu äußeren Teilen der Kernschale 140 hergestellt wird. Wie zuvor erläutert ist, lässt sich insgesamt das Bauvolumen des induktiven Bauelements 100 für eine vorgegebene maximale zu verarbeitende Leistung gegebenenfalls verringern, da die Kernschale 140 im Zusammenwirken mit dem Deckel 160 als effiziente Kühlfläche dienen kann, wobei die Wärme, die während des Betriebs im Inneren des induktiven Bauelements 100 entsteht, wirksam über die verbesserte thermische Ankopplung insbesondere der Windung 1 13 an die Auflagefläche 150s abgeführt werden kann.

Fig. 1 E zeigt schematisch das induktive Bauelement 100 gemäß weiterer Ausführungsformen, in denen das Klebematerial 101 in Form von Silikonmaterial so in der Kernschale 140 vorgesehen wird, dass beim Einsetzen der Wicklung 1 10 eine gewünschte Anpassung an die Kontur zumindest einer der Windungen der Wicklung 1 10 erfolgt.

Fig. 1 F zeigt schematisch das Bauelement 100, wenn die Wicklung 1 10 in die Kernschale 140 eingesetzt ist, wobei das Klebematerial 101 entsprechend verformt ist, so dass der Haltebereich 150 durch das Material 101 gebildet ist. Durch die Verformung des Klebematerials 101 wird somit die Auflagefläche 150s gebildet, die zugleich als Klebematerial dient und damit für die mechanische Fixierung der Wicklung 1 10 sorgt. Aufgrund der guten Materialeigenschaften des Silikonmaterials ergibt sich neben einer hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeit und der gewünschten mechanischen Fixierung auch eine ausreichend hohe thermische Leitfähigkeit, um somit die Wicklung 1 10 thermisch gut an die Kernschale 140 anzukoppeln. Es sollte beachtet werden, dass gegebenenfalls die Menge des Klebematerials 101 entsprechend groß gewählt werden kann, so dass auch weitere Windungen der Wicklung 1 10 entsprechend von dem Material 101 umgeben sind, so dass sich die vorteil- haften Eigenschaften des Silikonmaterials auch für mehrere oder alle Windungen der Wicklung 1 10 ergeben.

Nach erfolgter Fixierung der Wicklung 1 10 kann ein Abschluss der Kernschale 140 mittels eines Deckels erfolgen, wie dies zuvor gezeigt ist, und es kann bei Bedarf ein gewünschtes Vergussmaterial eingefüllt werden, wobei, wie zuvor erläutert ist, die thermischen Eigenschaften im Wesentlichen durch das Silikonmaterial 101 gegeben sind.

Fig. 1 G zeigt schematisch das induktive Bauelement 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen Eigenschaften, etwa eine erhöhte Isolationsfestigkeit, und dergleichen, in der Kernschale 140 eingestellt werden, indem ein Einlegeteil 152 vorgesehen wird. Wie gezeigt, wird dabei das Einlegeteil 152 auf den Haltebereich 150 aufgesetzt, etwa direkt auf die Auflagefläche 150s, um damit etwa die erhöhte Isolationsfestigkeit zu erreichen. Zu diesem Zweck wird das Einlegeteil 152 aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt, das die gewünschte Isolationsfestigkeit ergibt. Es können beispielsweise Kunststoffmaterialien, Keramik, gut isolierende Ferritmaterialien, und dergleichen verwendet werden, wobei die Gestalt des Einwegeteils 152 in der gezeigten Ausführungsform so gewählt ist, dass sich ein nahezu konstanter Abstand der nachfolgend einzuführenden Wicklung von der Auflagefläche 150s ergibt. Das heißt, das Einlegeteil 152 besitzt eine nahezu identische Dicke über den gesamten Umfang hinweg, so dass insbesondere die elektrischen Eigenschaften sowie auch das thermische Verhalten über den gesamten Umfang hinweg im Wesentlichen identisch sind. Nach dem Einbringen des Einlegeteils 152 kann sodann die Wicklung eingesetzt werden, wobei gegebenenfalls auf ein weiteres Klebematerial verzichtet werden kann, während in anderen Fällen ein zusätzliches Material, beispielsweise in Form von Silikon, verwendet wird, um die Fixierung der Wicklung an dem Einlegeteil 152 und damit an dem Haltebereich 150 zu erzielen. Das heißt, in der gezeigten Ausführungsform kann der Haltebereich 150 als integrale Komponente der Kernschale 140 bereitgestellt werden, während die Isolationseigenschaften sodann mittels des Einwegeteils 152 eingestellt werden.

Fig. 1 H zeigt schematisch das induktive Bauelement 100 in einer Ausführungsform, in der der Haltebereich 150 selbst als separate Komponente in Form eines Einlegeteils vorgesehen wird. Dazu weist der Haltebereich 150 eine geeignete Form auf, so dass die Auflagefläche 150s in der gewünschten konturierten Weise der Gestalt der noch einzusetzenden Wicklung nachgebildet ist. Der Haltebereich 150 bzw. das Einlegeteil kann somit separat hergestellt werden, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, die Materialeigenschaften des Hai- tebereichs 150 unabhängig zu den Materialeigenschaften der Kernschale 140 auszuwählen. Beispielsweise kann der Haltebereich 150 als ein zusätzliches Kernbauelement vorgesehen werden, wobei ein gewünschtes magnetisches Kernmaterial verwendet wird, so dass ein hoher Grad an Flexibilität bei der Einstellung der endgültigen magnetischen Eigenschaften des Bauelements 100 erreicht wird. In anderen Ausführungsformen wird der Haltebereich 150 als eine Kombination aus einem magnetisierbaren Material und einem weiteren Material, etwa einem elektrisch isolierenden Material, bereitgestellt, wobei hier ein hoher Grad an Flexibilität bei der Auswahl geeigneter Materialien besteht, da beliebige magnetisierbare Materialien verwendet werden können, die etwa keine Korrosionsbeständigkeit besitzen und gegebenenfalls elektrisch auch gut leitend sind. Nach dem Aufsetzen des Einlegeteils 150 auf einer geeigneten Fläche 140s der Kernschale 140 erfolgt die weitere Montage durch Einsetzen der Wicklung, wie dies auch zuvor beschrieben ist.

Fig. 11 zeigt schematisch das induktive Bauelement 100 gemäß weiterer Ausführungsformen, in denen der Kern 120 zumindest eine erste Kernschale 140a und eine zweite Kernschale 140b aufweist. Die Kernschalen 140a, 140b besitzen entsprechende Mittelschenkelteile 130a, 130b, so dass beim Zusammenfügen der Kernschalenteile 140a, 140b entlang der Längsrichtung der Wicklung 1 10, d.h. in Fig. 1 1 entlang der vertikalen Richtung, der vollständige Kern 120 gebildet wird, ohne dass ein separater Deckel erforderlich ist, wie dies zuvor beschrieben ist. Des Weiteren bilden die Kernschalenteile 140a, 140b zusammen einen Haltebereich einer Auflagefläche, so dass eine Nachbildung der Kontur sowohl der Anfangswindung 1 13 als auch einer Endwindung 1 14 der Wicklung 110 gegeben ist. Der Kernschalenteil 140a weist etwa einen Haltebereich 150a auf, in welchem eine Auflagefläche 150s vorgesehen ist, so dass beim Zusammenfügen der Kernschalenteile 140a, 140b die Endwindung 1 14 in ihrer Kontur nachgebildet ist. Andererseits wird die Kontur der Anfangswindung 1 13 durch einen Haltebereich 150b, bzw. dessen Auflagefläche 150t nachgebildet, wie dies auch zuvor mit Bezug zu den Fig. 1A bis 1 H beschrieben ist. Somit wird insgesamt eine bessere mechanische und thermische Ankopplung der Wicklung 1 10 an den Kern 120 erreicht, da zumindest die Windungen 1 13 und 1 14 effizient durch die jeweiligen Auflageflä- chen 150s, 150t angekoppelt sind. Es sollte beachtet werden, dass Kernschalenteile 140a, 140b nicht notwendigerweise die gleiche effektive magnetische Länge besitzen müssen, solange zumindest sichergestellt ist, dass beide Windungen 1 13, 1 14 eine entsprechende Ankopplung an die jeweiligen Teile 140a bzw. 140b besitzen. Im Hinblick auf das Vorsehen eines zusätzlichen Klebermaterials gelten die gleichen Kriterien, wie sie auch bereits zuvor dargelegt sind. Ferner ist zu beachten, dass bei Bedarf die Kernschalenteile 140a, 140b aus unterschiedlichen magnetischen Materialien aufgebaut werden können, und/oder dass in einen oder in beiden Kernschalenteilen 140a, 140b geeignete Einlegeteile vorgesehen werden können, um etwa die elektrische Isolierfähigkeit zu verbessern und/oder um generell die jeweiligen Haltebereiche 150a, 150b durch geeignete Einlegeteile bereitzustellen.

Fig. 2A zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein induktives Bauelement 200 gemäß weiterer Ausführungsformen, in denen die mechanische und thermische Ankopplung einer Wicklung verbessert wird, indem die Kontur mehrerer Windungen nachgebildet wird. Bei der gezeigten Ausführungsform weist das induktive Bauelement 200 einen Kern 220 auf, der zumindest einen ersten Kernschalenteil 240a und einen zweiten Kernschalenteil 240b in Verbindung mit einem separaten Mittelschenkel 230 umfasst. Die Kernschalenteile 240a, 240b sind so ausgebildet, dass diese bei einem Zusammensetzen in einer lateralen Richtung, d.h. in einer Richtung in der Zeichenebene der Fig. 2A, eine "Einbettung" zumindest eines Teils jeder einzelnen Windung der Wicklung 210 bewirken. Das heißt, die Kernschalenteile 240a, 240b besitzen entsprechende wendeiförmig ausgebildete Aussparungen, die die Wicklung 210 zur Hälfte umschließen, so dass sich die gewünschte verbesserte thermische und mechanische Ankopplung für alle Windungen ergibt. Nach erfolgtem Zusammensetzen der Kernschalenteile 240a, 240b und der Wicklung 210 kann der Mittelschenkel 230 bereits in den geschlossenen Kernschalenteile enthalten sein oder der Mittelschenkel 230, möglicherweise in Verbindung mit einem Deckel, in einer Öffnung der Kernschalenteile eingesetzt werden.

Fig. 2B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des induktiven Bauelements 200, in einem Zustand, in welchem die Kernschalenteile 240a, 240b zusammengefügt sind und somit die Wicklung 210 umschlossen ist. In der gezeigten Ausführungsform sind nicht nur eine Anfangswindung 213 und eine Endwindung 214 an einem Haltebereich 250 fixiert, sondern es sind auch weitere Windungen 215 und 216 an dem Haltebereich 250 fixiert, so dass entsprechende Auflageflächen 250a 250d gebildet sind, die der Kontur der zugehörigen

Windungen 213 216 nachgebildet sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die jeweiligen Auflageflächen 250a, 250d nicht über den gesamten Querschnitt der Windungen ausgebildet, sondern lediglich ein Teil des Querschnitts, also ein radialer Abschnitt, ist durch die Auflageflächen abgedeckt, da insgesamt durch die höhere Zahl an Auflageflächen dennoch eine sehr effiziente thermische Ankopplung an die Kernschalenteile 240a, 240b gegeben ist und damit bei Bedarf ein lateraler Abstand zum Mittelschenkel eingestellt wird, der einen magnetischen Schluss zum Mittelschenkel unterdrückt. Des Weiteren ist bei Be- darf auch ein entsprechendes Klebematerial, etwa ein Silikonmaterial, vorgesehen, falls dies als notwendig erachtet wird, während in anderen Fällen eine ausreichende mechanische

Fixierung durch die Vielzahl der Auflageflächen 250a 250d gewährleistet ist. Nach dem

Zusammenfügen der Kernschalenteile 240a, 240b wird dann der separate Mittelschenkel 230 durch eine entsprechende Öffnung 240d eingeführt und wird auf eine entsprechende Grundfläche 240s, die aus Teilen der Kernschalenteile 240a, 240b gebildet ist, aufgesetzt, so dass sich die gewünschte magnetische Kopplung des Mittelschenkels 230 an die Kernschalenteile 240a, 240b ergibt.

Im Hinblick auf eine Einstellung der gesamten magnetischen Eigenschaften des induktiven Bauelements 200 gelten die gleichen Kriterien, wie sie auch zuvor beschrieben sind. Das heißt, der Mittelschenkel 230 kann aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut werden, um etwa ein gewünschtes Verhalten der Induktivität in Abhängigkeit des Laststromes zu erreichen. Zu diesem Zweck kann ein geeignetes Material ausgewählt werden, das sich vom Material der Kernschalenteile 240a, 240b unterscheidet, so dass bei Bedarf geeignete Eisenmaterialien, und dergleichen, verwendet werden können, während die Kernschalenteile 240a, 240b aus Ferrit aufgebaut sind, das die gewünschte thermische und elektrische Integrität des Bauelements 200 sicherstellt. Bei Bedarf wird nach Einführen des Mittelschenkels 230 noch eine Abschlussplatte vorgesehen.

Fig. 2C zeigt schematisch das induktive Bauelement 200 in einer Ausführungsform, in der der "Mittelschenkel" 230 einen Schenkelbereich 231 und einen Deckelbereich 232 aufweist. So wird beim Einführen des Mittelschenkels 230 in die zusammengefügten Kernschalenteile 240a, 240b gleichzeitig auch der gewünschte magnetische Rückschluss geschaffen, während ein möglicher Luftspalt durch einen Abstand des Schenkelteils 231 von einer Grundfläche 240s bei Bedarf eingestellt werden kann. Auf diese Weise sind lediglich drei einzelne Kernteile, d.h. die Kernschalenteile 240a, 240b und der Mittelschenkel 230 erforderlich, um den Kern des induktiven Bauelements 200 bereitzustellen. Bei Bedarf kann auch in diesem Fall der Mittelschenkel 230 aus einem anderen magnetisierbaren Material aufgebaut sein im Vergleich zu den Kernschalenteilen 240a, 240b. Im Hinblick auf das Zusammenfügen der einzelnen Komponenten und im Hinblick auf die thermische Ankopplung der Wicklung 210 an den aus den Komponenten 240a, 240b und 230 bestehenden magnetischen Kern gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor ausgeführt sind.

Fig. 2d zeigt das induktive Bauelement 200 im Querschnitt, wobei der separate Mittelschenkel 230 bereits vor dem Anbringen der Kernteile 240A, 240B in die Wicklung 210 eingeführt ist. Somit können beide äußeren Kernteile 240A, 240B geschlossen ausgeführt sein. Der äußere Kernbereich kann auch als Schale ausgeführt sein.

Die vorliegende Erfindung stellt somit induktive Bauelemente, und insbesondere Speicherdrosseln, bereit, in denen eine Konturierung einer Auflagefläche eines Haltebereichs so erfolgt, dass die Nachbildung der Kontur zumindest eines Teils einer Windung oder mehrerer Windungen gegeben ist. Aufgrund dessen wird eine bessere mechanische und thermische Ankopplung der Wicklung an das Kernmaterial erreicht, so dass insbesondere die Wärmeabfuhr aus dem Inneren des induktiven Bauelements verbessert werden kann, so dass bei vorgegebener Leistung ein kleineres Bauvolumen möglich ist. Ferner kann auch die Montage des Bauelements verbessert werden, da gegebenenfalls der Einsatz eines Klebematerials vermieden werden kann oder dessen erforderliche Menge deutlich verringert werden kann. In einigen anschaulichen Ausführungsformen erfolgt die mechanische Fixierung und die thermische Ankopplung der Wicklung durch ein Silikonmaterial.