Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines Rahmenkerns mit Mittelschenkel für ein induktives Bauelement und einen entsprechend hergestellten Rahmenkern mit Mittelschenkel, wobei der Rahmenkern mit Mittelschenkel einteilig gebildet ist und in den Mittelschenkel ein Luftspalt eingepresst ist.

Hintergrund

In Drosselspulen und Transformatoren kommen häufig Magnetkerne gemäß einer E- Kernkonfiguration oder einer E-I-Kernkonfiguration oder einer Doppel-E-Kernkonfiguration zum Einsatz. Dabei ist über dem Mittelschenkel dieser Magnetkerne in der Regel mindestens eine Wicklung angeordnet. Bei der Herstellung eines Magnetkerns gemäß einer E-I- Kernkonfiguration wird ein E-Kern mit einem I-Kern kombiniert. In der Herstellung von Magnetkernen gemäß einer Doppel-E-Kernkonfiguration werden für gewöhnlich zwei einzelne E-Kerne miteinander verklebt. Alternativ werden Rahmenkerne zusammen mit I-Kernen verwendet, wobei der I-Kern als Mittelschenkel in den Rahmenkern eingesetzt und mit zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkerns verklebt wird.

Bei E-Kernen lassen sich Luftspalte zur Vermeidung von Sättigungseinflüssen in Schleifprozessen mit sehr geringen Fertigungstoleranzen einstellen, so dass ein Abgleich des A _L -Wertes eines Magnetkerns durch präzises Schleifen möglich ist. Der Bewicklungsprozess dieser Magnetkerne gestaltet sich zwar als wenig kompliziert, da eine Spule ohne Kern zu bewickeln ist und erst beim Zusammenbau mit dem Kern gekoppelt wird, jedoch ist es in bedeutendem Maße nachteilig, zwei E-Kernhälften in einem separaten Klebeprozess zusammenzufügen. Der Nachteil liegt einerseits darin, dass die Klebestelle eine bedeutende mechanische Schwachstelle im fertigen Bauteil ergibt, und andererseits der Klebeprozess in der Produktion einen nicht geringen Kosten- und Zeitfaktor darstellt. Zudem werden beide E-Kernhälften im Herstellungspro- zess in einer Presse separat gepresst und anschließend aus der Presse entnommen. Nachfolgend werden beide E-Kernhälften in zwei separaten Sinterprozessen einzeln gesintert, was für herkömmliche Herstellungsprozesse insgesamt eine aufwendige Handhabung bedeutet. Aufgrund der beim Sintern auftretenden unvermeidlichen Fertigungstoleranzen kann ferner für zwei einzeln gesinterte Kernteile nicht mehr sichergestellt werden, dass der aus beiden Kernteilen zusammengesetzte Kern mit der gewünschten Genauigkeit hergestellt wird und insbesondere die Außenschenkel zweier E-Kernhälften einander planparallel gegenüber stehen.

Die in gesinterten Kernhälften auftretenden Fertigungstoleranzen ergeben ferner beim Zusammenbau von zwei solchen hergestellten E-Kernhälften am Übergang von einer Kernhälfte zur anderen einen Versatz. Die daraus resultierenden Versatzstellen im fertigen Kern stellen für magnetische Feldlinien im fertigen induktiven Bauelement eine Engstelle des magnetisch wirksamen Kernquerschnitts dar, wobei an der Engstelle eine vorzeitige Sättigung des Kerns erfolgt, die ein Absinken der Induktivität zur Folge hat. Außerdem treten die Feldlinien während des Betriebs im fertigen induktiven Bauelement an Sättigungsbereichen und -spalten aus dem Ferritbereich aus, so dass sich zusätzliche Verluste in der Wicklung ergeben.

Demgegenüber weist zwar der Rahmenkern den Vorteil auf, dass der Kern aus einem Stück gefertigt wird und folglich keinen nachträglichen Klebeprozess erfordert, was gegenüber geklebten Kernformen zu einer bedeutend besseren mechanischen Stabilität führt und auch aufgrund des fehlenden Klebeprozesses einen einfachen Fertigungsprozess bedeutet, doch ist es dabei ungleich schwieriger, Luftspalte in einen Rahmenkern effizient einzubringen. Aus diesem Grund sind Rahmenkerne von vielen Leistungsanwendungen ausgeschlossen.

Aus der Druckschrift DE 10 2004 008 961 B4 ist ein Rahmenkern mit einem in den Rahmenkern eingeklebten Mittelbutzen beschrieben.

Dokument DE 1 193 1 19 beschreibt ein rahmenförmiges Kernteil mit einem Abgleichstift, der in eine halbzylindrische Aussparung des rahmenförmigen Kernteils eingelegt wird.

Die Druckschrift EP 004272 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Magnetkernen aus Pressmassen mit weichmagnetischen Eigenschaften durch Pressen eines Gemisches aus weichmagnetischem Material und einem Kunstharz als Bindemittel, wobei ein Gemisch aus Eisenpulver mit einem duroplastischem Kunstharz in flüssiger Form gemischt in eine beheizte Form gefüllt und dann gepresst wird.

Die Druckschrift DE 3909624 A1 beschreibt einen E-I-Kern mit Luftspalt, wobei der Luftspalt im I-Teil des Kerns durch Einpressen eingelassen wird.

Die Druckschrift DE 2305958 A offenbart einen gescherten zweiteiligen Magnetkern, der luft- spaltfrei durch einen festen unmagnetischen oder niederpermeablen Körper geschert ist und die Teile des Magnetkerns teils möglichst direkt und teils über den scherenden Körper fest miteinander verbunden sind. Zusammenfassung der Erfindung

Angesichts der vorangehend genannten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mechanisch stabilen Magnetkern in einem einfachen Fertigungsprozess zu fertigen, wobei der gefertigte Magnetkern in einem weiten Bereich von Leistungsanwendungen eingesetzt werden kann.

Die vorangehend genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bilden eines einteiligen Rahmenkerns gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und einen Rahmenkern gemäß dem unabhängigen Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Rahmenkerns nach Anspruch 13 sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen 14 und 15 definiert.

In einer anschaulichen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem ein einteiliger Rahmenkern mit Mittelschenkel gebildet und während der Bildung des Rahmenkerns ein Luftspalt in den Mittelschenkel eingepresst wird. Das erfindungsgemäß bereitgestellte Verfahren stellt einen Rahmenkern mit Mittelschenkel und Luftspalt im Mittelschenkel bereit, ohne dass Kern-Kern-Verklebungen und Schleif prozesse zur Herstellung eines Luftspalts nötig sind. Es wird also bei geringen Fertigungstoleranzen ein mechanisch stabiler Kern hergestellt und im Allgemeinen Kernversatz vermieden, wodurch das EMV-Verhalten verbessert wird. Außerdem ist ein Schleifaufmaß, wie es für Doppel-E-Kerne erforderlich ist, gemäß der Erfindung nicht notwendig, wodurch Ferritmaterial eingespart wird. Durch ein Ersparnis an Ferritmaterial kann ferner Ofenkapazität eingespart werden.

In einer weiteren vorteilhafteren Ausgestaltung hierin wird der Rahmenkern in einem Keramikspritzgussverfahren gebildet. Alternativ hierzu wird der Rahmenkern mit Mittelschenkel in einem Spritzpressverfahren gebildet. In beiden Fällen ergibt sich eine einfache, schnelle und kostengünstige Herstellung.

In einer weiteren vorteilhafteren Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Rahmenkern gebildet, wobei der Mittelschenkel zwei einander gegenüber liegende Rahmenseiten entlang einer Längsrichtung des Rahmenkerns verbindet und der Luftspalt den Mittelschenkel quer zur Längsrichtung durchsetzt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hierin weist der Rahmenkern ferner zwei Seiten- schenkelabschnitte auf, die den Rahmenkern schließen, wobei sich die Seitenschenkelab- schnitte entlang der Längsrichtung gerade oder wenigstens teilweise gekrümmt erstrecken. In einer weiteren vorteilhafteren Ausgestaltung hierin ist der Mittelschenkel von jedem Seitenschenkelabschnitt in einer Richtung quer zur Längsrichtung durch wenigstens ein quaderförmiges oder zylindrisches Wickelfenster beabstandet.

In einer weiteren vorteilhafteren Ausgestaltung hierin wird der Luftspalt in einem Winkel ungleich 90° Grad zur Längsrichtung des Mittelschenkels eingepresst. Hierbei wird ein Luftspalt mit einer größeren Berührfläche zum Mittelschenkel bereitgestellt, so dass eine geringere Länge des Luftspalts entlang der Längsrichtung gewählt werden kann.

In vorteilhaften Ausgestaltungen hierin wird der Luftspalt als prismaförmiger Spalt oder als dachförmiger Spalt eingepresst. Luftspalte, wie z.B. als Prisma, als Keil oder in Dachform ein- gepresste Luftspalte, ergeben für den Kern ein nicht lineares L-I-Verhalten. Ein nicht lineares L- I-Verhalten bezeichnet eine ausgeprägt und kontinuierlich abfallende nicht konstante Induktivität mit steigender Stromstärke.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Luftspalt mittels eines leicht entfernbaren Materials eingepresst. Dies ermöglicht eine leicht auszuführende Bildung des Luftspalts, wobei der Spalt aufgrund des als Platzhalter fungierenden leicht entfernbaren Materials während des Herstellungsprozesses geringen Fertigungstoleranzen unterliegt und der Kern vor Beschädigungen geschützt ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Rahmenkern wenigstens einen weiteren Mittelschenkel, in den während der Bildung des Rahmenkerns ein weiterer Luftspalt eingepresst wird. Hierdurch werden integrale einteilige Rahmenkerne mit mehr als einem Mittelschenkel bereitgestellt, die jeweils einen eingepressten Luftspalt aufweisen, ohne dass bei der Herstellung Kernabschnitte einzukleben sind.

In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der Erfindung wird ein Rahmenkern mit Mittelschenkel und einem Luftspalt im Mittelschenkel bereitgestellt, wobei der Rahmenkern mit dem Mittelschenkel und dem Luftspalt im Mittelschenkel einteilig integral ausgebildet ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung hierin umfasst der Rahmenkern zwei Rahmenbereiche und zwei die Rahmenbereiche entlang einer Längsrichtung zu einem geschlossenen Kern verbindende Seitenschenkelabschnitte, wobei der Mittelschenkel von jedem Seitenschenkelabschnitt in einer Richtung quer zur Längsrichtung durch wenigstens ein quaderförmiges oder zylindrisches Wickelfenster beabstandet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Rahmenkern wenigstens einen weiteren Mittelschenkel, der mit dem Rahmenkern einteilig ausgebildet ist. Kurze Beschreibung der Figuren

Weitere Vorteile gehen aus der Beschreibung anschaulicher Ausführungsformen hervor, die gemäß den beiliegenden Figuren erfolgt, wobei:

Fig. 1 schematisch einen Rahmenkern mit Mittelschenkel und Luftspalt im Mittelschenkel gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 2a schematisch eine Querschnittansicht eines Luftspalts im Mittelschenkel gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

Fig. 2b schematisch eine Querschnittansicht eines Luftspalts gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

Fig. 2c schematisch eine Querschnittansicht eines Luftspalts gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

Fig. 2d schematisch eine Querschnittansicht eines Luftspalts gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

Fig. 2e schematisch eine Querschnittansicht eines Luftspalts gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

Fig. 2f schematisch eine Querschnittansicht eines Luftspalts gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

Fig. 2g schematisch eine Querschnittansicht eines Luftspalts gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt; und

Fig. 3a bis 3e schematisch Querschnittansichten von Rahmenkernen gemäß alternativer

Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Detaillierte Beschreibung

Die Erfindung stellt allgemein einen einteiligen Rahmenkern mit Mittelbutzen und einen im Mit- telbutzen ausgebildeten Luftspalt bereit. Der Rahmenkern wird dabei erfindungsgemäß in einem Presswerkzeug einteilig gebildet, wobei der Luftspalt direkt im Presswerkzeug in den Mittelbutzen eingebracht wird. Dadurch werden einerseits Klebeprozesse vermieden, wie sie gemäß obiger Ausführungen in bekannten geschlossenen Kernkonfigurationen gebildet aus zwei E-Kernen (sogenannte Doppel-E-Kernkonfigurationen) oder einem E-Kern mit einem I-Kern (sogenannte E-I-Kernkonfigurationen) üblich sind. Durch die Vermeidung der zusätzlichen Klebeprozesse wird der Zeitaufwand in der Produktion verringert, sowie der Kostenaufwand für die Herstellung entsprechender Rahmenkerne niedrig gehalten. Andererseits weisen erfindungsgemäße Rahmenkerne aufgrund ihrer einteiligen Ausbildung gegenüber zusammengesetzten Kernkonfigurationen eine größere mechanische Stabilität auf, da die Klebestellen signifikante mechanische Schwachstellen am fertigen Kernbauteil darstellen. Des Weiteren entfällt der Schleifprozess. Für ein genaues Einschleifen des Luftspates in den Mittelbuzen und für eine präzise Feldführung ist das Planschleifen des Kernrücken und der Seitenschenkel in der Regel Voraussetzung. Dieser Prozess ist teuer und oft werden dadurch die Kerne in Form von Absplitterungen und Rissen mechanisch vorgeschädigt. Durch Wegfall des Schleifprozesses werden die Kosten deutlich verringert und die Bauteilqualität wird verbessert. Durch die erfindungsgemäße Herstellung von Rahmenkernen mit Mittelschenkel und darin eingepresstem Luftspalt werden weiterhin Toleranzen in den magnetischen Eigenschaften gering gehalten, da z.B. keine Klebestellen mehr nötig sind, die in bekannten Kernen schlecht kontrollierbare magnetische Widerstände darstellen. Damit lassen sich erfindungsgemäß Rahmenkerne bereitstellen, die vorgegebene magnetische Eigenschaften in sehr engen Grenzen einhalten.

Anschauliche Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beispielhaft Beschrieben. Einige anschauliche Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf Fig. 1 in größerem Detail beschrieben.

Fig. 1 stellt schematisch in einer perspektivischen Ansicht einen Rahmenkern 1 dar. Der Rahmenkern 1 besteht aus einem Rahmenabschnitt 2 und einem Mittelschenkel 3 mit einem im Mittelschenkel 3 gebildeten Luftspalt 4. Der Rahmenabschnitt 2 umfasst zwei sich hinsichtlich des Mittelschenkels 3 entlang einer Längsrichtung L des Mittelschenkels 3 erstreckende Sei- tenschenkelabschnitte 2c. Die Seitenschenkelabschnitte 2c und der Mittelschenkel 3 werden entlang einer Breitenrichtung B, die senkrecht zur Längsrichtung L orientiert ist, an gegenüberliegenden Seiten der Seitenschenkelabschnitte 2c und des Mittelschenkels 3 von einem oberen Querjochabschnitt 2a und einem unteren Querjochabschnitt 2b verbunden. Eine Tiefendimensi- on des Rahmenkerns 1 ist in Fig. 1 schematisch durch eine Tiefenrichtung T angedeutet, die senkrecht zur Längsrichtung L und Breitenrichtung B orientiert ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Rahmenkern 1 ist gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung aus wenigstens einem weichmagnetischen Ferritmaterial gebildet. In einem anschaulichen Beispiel wird das wenigstens eine weichmagnetische Ferritmaterial beispielsweise durch ein Nickel-Zink-Ferritmaterial oder ein Mangan-Zink-Ferritmaterial bereitgestellt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Rahmenkern 1 weisen die einzelnen Kernabschnitte rechteckige Querschnitte senkrecht zur Längsrichtung L auf. Dies stellt keine Beschränkung der Erfindung dar. Alternativ kann der Mittelschenkel 3 und/oder wenigstens einer der Seitenschenkelab- schnitte 2c und/oder der obere Querjochabschnitt 2a und/oder der untere Querjochabschnitt 2b einen runden oder ovalen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung L aufweisen. Es wird angemerkt, dass die Kanten des Mittelschenkels 3 und/oder von wenigstens einem der Seitenschen- kelabschnitte 2c und/oder des oberen Querjochabschnitts 2a und/oder des unteren Querjochabschnitts 2b abgerundet sein können.

Hinsichtlich der Fig. 2a bis 2e werden nachfolgend unterschiedliche Konfigurationen des in Fig. 1 schematisch dargestellten Luftspalts 4 beschrieben.

Fig. 2a stellt schematisch einen Luftspalt 4a gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht dar. Zur vereinfachten Darstellung ist lediglich ein Bereich eines Mittelschenkels 3a um den Luftspalt 4a herum dargestellt. Der Luftspalt 4a ist quer zu einer Längsrichtung des Mittelschenkels 3a (vgl. Längsrichtung L in Fig. 1 ) im Mittelschenkel 3a angeordnet. Insbesondere ist der Luftspalt 4a gemäß der ersten Ausführungsform senkrecht zur Längsrichtung des Mittelschenkels 3a orientiert. Der Mittelschenkel 3a kann hierbei einen rechteckigen, abgerundeten, ovalen oder runden Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung (insbesondere in einer Ebene entlang der Tiefen- und Breitenrichtungen T, B in Fig. 1 ) aufweisen. Gemäß der Darstellung in Fig. 2a weist der Luftspalt 4a eine Länge d1 auf. Der dargestellte Luftspalt 4a ist quer zur Längsrichtung des Mittelschenkels 3a orientiert, so dass die Richtung, in der der Luftspalt 4a den Mittelschenkel 3a durchsetzt, senkrecht (ca. 90° mit Fehlertoleranz) zur Längsrichtung angeordnet ist.

Fig. 2b stellt einen Luftspalt 4b gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer Seitenansicht senkrecht zu einer Längsrichtung in einer Umgebung um den Luftspalt 4b im Mittelschenkel 3b dar. Der Mittelschenkel 3b kann dabei einen rechteckigen, abgerundeten, ovalen oder runden Querschnitt senkrecht zu seiner Längsrichtung bzw. in einer parallel zu den Richtungen B, T orientierten Ebene (vgl. Längsrichtung L in Fig. 1 ) aufweisen. Der Luftspalt 4b ist gemäß der in Fig. 2b dargestellten zweiten Ausführungsform als schiefe Ebene in den Mittelschenkel 3b eingepresst und beabstandet einen oberen Mittelschenkelabschnitt MS1 von einem unteren Mittelschenkelabschnitt MS2 um einen Abstand d2. Insbesondere ist der Luftspalt 4b quer zur Längsrichtung (vgl. Längsrichtung L in Fig. 1 ) des Mittelschenkels 3b orientiert. Ein Winkel, unter dem der Luftspalt 4b zur Längsrichtung L (vgl. Fig. 1 ) orientiert ist, ist dabei ungleich 90°. Der Luftspalt 4b weist dabei gegenüber dem Luftspalt 4a größere Berührflächen zum Mittelschenkel hin auf. Unter Berührflächen sollen hierbei die durch den Luftspalt 4b im Mittelschenkel freigelegten Polflächen bezeichnet werden, durch die eine im Mittelschenkel 4b vorhandene magnetische Flussdichte („B-Feld") aus einem Mittelschenkelabschnitt MS1 oder MS2 in den Luftspalt 4b eintritt bzw. austritt. Aufgrund der größeren Berührflächen kann die Länge d2 des Luftspalts 4b (gemessen als der Abstand d2 der durch den Luftspalt 4b beabstandeten Mittelschenkelabschnitte MS1 und MS2 zueinander, wie in Fig. 2b dargestellt) im Vergleich zur Länge d1 des Luftspalts 4a kleiner (d2 < d1 ) gewählt werden. In einigen speziellen Ausführungsformen steht die Länge d2 des Luftspalts 4b in Beziehung mit der Größe der Berührfläche bzw. Polfläche im Luftspalt 4b, beispielsweise ist die Länge d2 des Luftspalts 4b indirekt proportional zur Berührfläche bzw. Polfläche im Luftspalt 4b, so dass die Länge d2 des Luftspalts 4b mit steigender Berührfläche bzw. Polfläche abnimmt, d.h. der Winkel zwischen Berührflächen bzw. Polflächen und Längsrichtung nimmt ab (ein Winkel von 90° entspricht der Orientierung von Spalt 4a aus Fig. 2a).

Ein Luftspalt 4c gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2c in einer Seitenansicht eines Abschnitts im Mittelschenkel um den Luftspalt 4c herum dargestellt. Ein oberer Mittelschenkelabschnitt 3c' weist dabei eine prismaförmige oder pyramidenstumpfförmige oder kegelstumpfförmige Gestalt auf. Ein unterer Mittelschenkelabschnitt 3c" ist derart ausgebildet, dass die Vereinigung der beiden Kernabschnitte 3c' und 3c" einen spaltlosen quaderförmigen oder zylinderförmigen Mittelschenkel ergibt. Mit anderen Worten, der Mittelschenkelabschnitt 3c" weist eine Vertiefung auf, die das Negativ der prismaförmigen oder pyramidenstumpfförmi- gen oder kegelstumpfförmigen Gestalt des Mittelschenkelabschnitts 3c' ist.

Eine vierte Ausführungsform ist in Fig. 2d anhand eines Luftspalts 4d in einer Seitenansicht schematisch dargestellt, wobei der Luftspalt 4d in den Mittelschenkel eingepresst ist, so dass ein oberer Mittelschenkelabschnitt 3d' eine keilförmige oder pyramidenförmige oder kegelförmige Gestalt aufweist. Ein unterer Mittelschenkelabschnitt 3d" ist ferner derart ausgebildet, dass eine Vereinigung des oberen Mittelschenkelabschnitts 3d' und des unteren Mittelschenkelabschnitts 3d" einen spaltlosen quaderförmigen oder zylinderförmigen Mittelschenkel ergibt. Mit anderen Worten, der Mittelschenkelabschnitt 3d" weist eine Vertiefung auf, die das Negativ der keilförmigen oder pyramidenförmigen oder kegelförmigen Gestalt des Mittelschenkelabschnitts 3d' ist.

Eine fünfte Ausführungsform eines Luftspalts 4e ist in Fig. 2e dargestellt. Der Luftspalt 4e ist hierbei keilförmig in den Mittelschenkel 3e eingepresst.

In der in Fig. 2f gezeigten schematischen Querschnittansicht ist eine weitere Ausgestaltung der in Fig. 2e dargestellten fünften Ausführungsform dargestellt. Der Luftspalt gemäß dieser Ausgestaltung ist als doppelt keilförmiger Luftspalt ausgebildet, der durch zwei an gegenüberliegenden Seiten des Mittelschenkels gebildete keilförmige Luftspaltbereiche 4f und 4f" bereitgestellt wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 2f weist der Mittelschenkel einen oberen Mittelschenkelabschnitt 3f und einen unteren Mittelschenkelabschnitt 3f" auf, zwischen denen der doppelt keilförmige Luftspalt 4f, 4f" angeordnet ist. Der untere Mittelschenkelabschnitt 3f" begrenzt den doppelt keilförmigen Luftspalt 4f, 4f" durch eine Berührfläche, die den Mittelschenkel quer zur Längsrichtung (vgl. Bezugszeichen L in Fig. 1 ) durchsetzt. In dem dargestellten Beispiel ist die Berührfläche des unteren Mittelschenkelabschnitts 3f" senkrecht zu Längsrichtung orientiert. Alternativ kann die Berührfläche unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Längsrichtung (vgl. L in Fig. 1 ) orientiert sein; z.B. kann die Berührfläche durch eine Abschrägung des unteren Mittelschenkelabschnitts bereitgestellt werden. Der obere Mittelschenkelabschnitt 3f weist eine den doppelt keilförmigen Luftspalt 4f, 4f" bildende dach- bzw. keilförmige Berührfläche auf. Alternativ ist die Berührfläche des oberen Mittelschenkelabschnitts 3f pyramidenförmig oder kegelförmig ausgebildet.

In Fig. 2g ist eine alternative Ausgestaltung eines doppelt keilförmigen Luftspalts 4g', 4g" schematisch in einer Querschnittansicht gezeigt. Der Mittelschenkel weist in einer Umgebung des doppelt keilförmigen Luftspalts 4g', 4g" einen oberen Mittelschenkelabschnitt 3g' und einen unteren Mittelschenkelabschnitt 3g" auf, zwischen denen der Luftspalt im Mittelschenkel ausgebildet ist. Der obere Mittelschenkelabschnitt 3g' und der untere Mittelschenkelabschnitt 3g" weisen jeweils eine dach- bzw. keilförmige Berührfläche auf. Alternativ ist die Berührfläche des oberen Mittelschenkelabschnitts 3f pyramidenförmig oder kegelförmig ausgebildet. In einem anschaulichen Beispiel sind der obere und der untere Mittelschenkelabschnitt 3g', 3g" zueinander symmetrisch ausgebildet, obwohl dies keine Beschränkung der Erfindung darstellt und auch asymmetrisch ausgebildete Mittelschenkelabschnitte denkbar sind.

Durch die in den Figuren 2a bis 2e dargestellten unterschiedlichen Ausführungsformen des in den Mittelschenkel eingepressten Luftspalts wird ein charakteristisches L-I-Verhalten erreicht. Mittels des Luftspalts 4a aus Fig. 2a wird ein L-I-Verlauf erreicht, bei dem die Induktivität L bis zu einem Strom ein im wesentliches konstantes Verhalten aufweist (L verändert sich im Bereich l< um weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% oder weniger als 1 %) und bei Überschreiten von \ i drastisch abfällt. Bei den anhand der Fig. 2b bis 2e dargestellten Ausführungsformen ergibt sich demgegenüber ein abfallendes L über I Verhalten, das von dem zu Fig. 2a durch ein im wesentlichen nicht konstantes Verhalten abweicht.

Erfindungsgemäße Rahmenkerne werden einteilig in einem Presswerkzeug gebildet, wobei der Luftspalt im Mittelbutzen direkt im Presswerkzeug in den Kern eingebracht wird. Erfindungsgemäße Herstellungsverfahren umfassen in einigen anschaulichen Ausführungsformen ein Pressverfahren, wobei das Kernmaterial in eine Kavität eines Presswerkzeugs in Pulverform eingefüllt wird. Die Matrize, Ober- und Unterstempel sind dabei geeignet ausgestaltet, um den Rahmenkern mit Mittelschenkel und im Mittelschenkel gebildeten Luftspalt während eines Pressvorgangs einteilig zu bilden. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Oberstempel und Unterstempel des Presswerkzeuges aus mehreren Einzelstempeln bestehen können, die voneinander unabhängig bewegbar sind. Während oder im Anschluss an den Pressvorgang kann eine Sinterung durch eine Wärmeeinwirkung erfolgen. Alternativ werden erfindungsgemäße Rahmenkerne in einem Keramikspritzgussverfahren hergestellt. In einigen speziellen anschaulichen Ausführungsformen wird ein Luftspalt mittels einer entsprechend ausgebildeten Trennwand eingepresst, die während des Füllen von Material bzw. nach dem Füllen des Materials in die Kavität zwischen zwei den Mittelschenkel bildende Materialbereiche in der Kavität angeordnet wird.

Alternativ wird der Luftspalt durch ein im Vergleich zum Material des Magnetkerns leicht entfernbares Material gebildet, das während des Befüllens der Kavität zwischen zwei Materialbereiche eingebracht wird. Ein spaltbildendes Material kann beispielsweise durch ein Kunststoffmaterial bereitgestellt werden, das nach dem Pressvorgang aus dem Pressling entfernt wird, z.B. während eines Ausheizschritts oder eines Ätzschritts. Hierzu wird beispielsweise die Kavität mit Material des Magnetkerns befüllt, so dass sich ein erster Materialbereich in der Kavität bildet. Anschließend wird das spaltbildende Material auf den ersten Materialbereich gefüllt. Dies kann vorpressende Verarbeitungsschritte umfassen, um das spaltbildende Material mit einer gewünschten Form zu versehen, die der Form des zu bildenden Luftspalts entspricht. Anschließend wird durch Füllen mit Material des Magnetkerns ein zweiter Materialbereich auf dem spaltbildenden Material gebildet. In einem nachfolgenden Pressvorgang wird ein Pressling hergestellt, bei dem das spaltbildende Material zwischen dem ersten und zweiten Materialbereich angeordnet ist. Durch Entfernen des spaltbildenden Materials mittels durch Wärmeeinwirkung und/oder durch Einwirken eines geeigneten Ätzmittels wird der Luftspalt gebildet. Hinsichtlich der Figuren 3a bis 3e sind schematisch Querschnittansichten von Rahmenkernen gemäß alternativer Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, die von dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Rahmenkern 1 abweichen.

Fig. 3a zeigt schematisch einen Rahmenkern 10 mit einem Mittelschenkel 13a und einem Luftspalt 14 im Mittelschenkel 13a. Der Rahmenkern 10 umfasst weiter Rahmenbereiche 12a und 12b, die sich entlang einer Richtung B erstrecken und durch zwei an gegenüberliegenden Enden der Rahmenbereiche 12a und 12b angeordnete Seitenschenkelabschnitte 12c verbunden sind, die sich entlang einer Längsrichtung L erstrecken. Die Längsrichtung L verläuft quer zur Richtung B und ist gemäß dem dargestellten Beispiel senkrecht dazu orientiert. Der Rahmenkern 10 ist durch die Rahmenbereiche 12a, 12b und die Seitenschenkelabschnitte 12c geschlossen. Außenflächen 16 der Rahmenbereiche 12a, 12b erstrecken sich parallel zur Richtung B.

Der Mittelschenkel 13a ist in der Richtung B von den Seitenschenkelabschnitten 12c auf jeder Seite durch ein Wickelfenster 15 beabstandet. In wenigstens einem der Wickelfenster 15 kann eine Wicklung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die über dem Mittelschenkel 13a und/oder wenigstens einem der Seitenschenkelabschnitte 12c angeordnet wird. Gemäß dem in Fig. 3a dargestellten Beispiel sind die Wickelfenster in der dargestellten Schnittansicht rechtecksförmig ausgebildet, d.h., die Wickelfenster 15 sind unter Berücksichtigung einer Tiefe senkrecht zu den Richtungen L und B quaderförmig. Der Luftspalt 14 verbindet die Wickelfenster 15 miteinander.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Rahmenkern 1 ist der Rahmenkern 10 gemäß Fig. 3a mit Seitenschenkelabschnitten 12c dargestellt, die abgerundete Außenflächen 17 aufweisen. Damit kann eine vorteilhafte Führung eines Magnetfeldes in den Seitenschenkelabschnitten erreicht werden. Außerdem werden im Rahmenkern 10 Ecken vermieden.

Fig. 3b zeigt schematisch einen Rahmenkern 20 mit einem Mittelschenkel 23a und einem Luftspalt 24 im Mittelschenkel 23a. Der Rahmenkern 20 umfasst weiter Rahmenbereiche 22a und 22b, die sich entlang einer Richtung B erstrecken und durch zwei an gegenüberliegenden Enden der Rahmenbereiche 22a und 22b angeordnete Seitenschenkelabschnitte 22c verbunden sind, die sich entlang einer Längsrichtung L erstrecken. Die Längsrichtung L verläuft quer zur Richtung B und ist gemäß dem dargestellten Beispiel senkrecht dazu orientiert. Der Rahmenkern 20 ist durch die Rahmenbereiche 22a, 22b und die Seitenschenkelabschnitte 22c geschlossen. Außenflächen 26 der Rahmenbereiche 22a, 22b erstrecken sich parallel zur Richtung B. Der Mittelschenkel 23a ist in der Richtung B von den Seitenschenkelabschnitten 22c auf jeder Seite durch ein Wickelfenster 25 beabstandet. In wenigstens einem der Wickelfenster 25 kann eine Wicklung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die über dem Mittelschenkel 23a und/oder wenigstens einem der Seitenschenkelabschnitte 22c angeordnet wird. Gemäß dem in Fig. 3b dargestellten Beispiel sind die Wickelfenster in der dargestellten Schnittansicht kreisförmig ausgebildet, d.h., die Wickelfenster 25 sind im Rahmenkern 20 unter Berücksichtigung einer Tiefe senkrecht zu den Richtungen L und B zylindrisch. Die Wickelfenster 25 werden durch den Luftspalt 24 verbunden.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Rahmenkern 1 ist der Rahmenkern 20 gemäß Fig. 3b mit Seitenschenkelabschnitten 22c dargestellt, die abgerundete Außenflächen 27 aufweisen. Damit kann eine vorteilhafte Führung eines Magnetfeldes in den Seitenschenkelabschnitten erreicht werden. Außerdem werden im Rahmenkern 20 Ecken vermieden.

Fig. 3c zeigt schematisch einen Rahmenkern 30 mit einem Mittelschenkel 33a und einem Luftspalt 34 im Mittelschenkel 33a. Der Rahmenkern 30 umfasst weiter Rahmenbereiche 32a und 32b, die sich bogenförmig entlang einer Richtung B erstrecken und durch zwei an gegenüberliegenden Enden der Rahmenbereiche 32a und 32b angeordnete Seitenschenkelabschnitte 32c verbunden sind, die sich entlang einer Längsrichtung L bogenförmig erstrecken. Die Längsrichtung L verläuft quer zur Richtung B und ist gemäß dem dargestellten Beispiel senkrecht dazu orientiert. Der Rahmenkern 30 ist durch die Rahmenbereiche 32a, 32b und die Seitenschenkelabschnitte 32c geschlossen. Außenflächen der Rahmenbereiche 32a, 32b sind bogenförmig ausgebildet.

Der Mittelschenkel 33a ist in der Richtung B von den Seitenschenkelabschnitten 32c auf jeder Seite durch ein Wickelfenster 35 beabstandet. In wenigstens einem der Wickelfenster 35 kann eine Wicklung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die über dem Mittelschenkel 33a und/oder wenigstens einem der Seitenschenkelabschnitte 32c angeordnet wird. Gemäß dem in Fig. 3c dargestellten Beispiel sind die Wickelfenster in der dargestellten Schnittansicht kreisförmig ausgebildet, d.h., die Wickelfenster 35 sind im Rahmenkern 30 unter Berücksichtigung einer Tiefe senkrecht zu den Richtungen L und B zylindrisch. Die Wickelfenster 35 werden durch den Luftspalt 34 verbunden.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Rahmenkern 1 ist der Rahmenkern 30 gemäß Fig. 3c mit Seitenschenkelabschnitten 32c dargestellt, die abgerundete Außenflächen aufweisen, so dass eine insgesamt zylindrische Kernkonfiguration bereitgestellt wird. Damit kann eine vorteil- hafte Führung eines Magnetfeldes in den Seitenschenkelabschnitten erreicht werden. Außerdem werden im Rahmenkern 30 Ecken vermieden.

Fig. 3d zeigt eine zu Fig. 3b ähnliche Kernkonfiguration. Hierin ist schematisch ein Rahmenkern 40 mit zwei Mittelschenkeln 43a, 43b und jeweils darin gebildetem Luftspalt 44a, 44b dargestellt. Der Rahmenkern 40 umfasst weiter Rahmenbereiche 42a und 42b, die sich parallel zu einer Richtung B erstrecken und durch zwei an gegenüberliegenden Enden der Rahmenbereiche 42a und 42b angeordnete Seitenschenkelabschnitte 42c verbunden sind, die sich entlang einer Längsrichtung L erstrecken. Die Längsrichtung L verläuft quer zur Richtung B und ist gemäß dem dargestellten Beispiel senkrecht dazu orientiert. Der Rahmenkern 40 ist durch die Rahmenbereiche 42a, 42b und die Seitenschenkelabschnitte 42c geschlossen. Außenflächen der Rahmenbereiche 42a, 42b sind abgerundet.

Jeder Mittelschenkel 43a, 43b ist in der Richtung B von den Seitenschenkelabschnitten 42c auf jeder Seite durch ein oder mehr Wickelfenster 45 beabstandet. In wenigstens einem der Wickelfenster 45 kann eine Wicklung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die über wenigstens einem der Mittelschenkel 43a, 43b und/oder wenigstens einem der Seitenschenkelabschnitte 42c angeordnet wird. Gemäß dem in Fig. 3d dargestellten Beispiel sind die Wickelfenster in der dargestellten Schnittansicht kreisförmig ausgebildet, d.h., die Wickelfenster 45 sind im Rahmenkern 40 unter Berücksichtigung einer Tiefe senkrecht zu den Richtungen L und B zylindrisch. Die Wickelfenster 45 sind durch die Luftspalte 44a, 44b miteinander verbunden.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Rahmenkern 1 ist der Rahmenkern 40 gemäß Fig. 3d mit Seitenschenkelabschnitten 42c dargestellt, die abgerundete Außenflächen aufweisen. Damit kann eine vorteilhafte Führung eines Magnetfeldes in den Seitenschenkelabschnitten erreicht werden. Außerdem werden im Rahmenkern 40 Ecken vermieden. Weiterhin unterscheidet sich der Rahmenkern 40 vom Rahmenkern 1 darin, dass mehr als ein Mittelschenkel, hier die Mittelschenkel 43a, 43b vorgesehen sind, in denen jeweils ein Luftspalt 44a, 44b gebildet sind.

Fig. 3e zeigt eine zu Fig. 3a ähnliche Kernkonfiguration. Hierin ist schematisch ein Rahmenkern 50 mit zwei Mittelschenkeln 53a, 53b und jeweils darin gebildetem Luftspalt 54a, 54b dargestellt. Der Rahmenkern 50 umfasst weiter Rahmenbereiche 52a und 52b, die sich parallel zu einer Richtung B erstrecken und durch zwei an gegenüberliegenden Enden der Rahmenbereiche 52a und 52b angeordnete Seitenschenkelabschnitte 52c verbunden sind, die sich entlang einer Längsrichtung L erstrecken. Die Längsrichtung L verläuft quer zur Richtung B und ist gemäß dem dargestellten Beispiel senkrecht dazu orientiert. Der Rahmenkern 50 ist durch die Rahmenbereiche 52a, 52b und die Seitenschenkelabschnitte 52c geschlossen. Außenflächen der Rahmenbereiche 52a, 52b sind abgerundet.

Jeder Mittelschenkel 53a, 53b ist in der Richtung B von den Seitenschenkelabschnitten 52c auf jeder Seite durch ein oder mehr Wickelfenster 55 beabstandet. In wenigstens einem der Wickelfenster 55 kann eine Wicklung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die über wenigstens einem der Mittelschenkel 53a, 53b und/oder wenigstens einem der Seitenschenkelabschnitte 52c angeordnet wird. Gemäß dem in Fig. 3e dargestellten Beispiel sind die Wickelfenster in der dargestellten Schnittansicht rechteckig ausgebildet, d.h., die Wickelfenster 55 sind im Rahmenkern 50 unter Berücksichtigung einer Tiefe senkrecht zu den Richtungen L und B quaderförmig. Die Wickelfenster 55 sind durch die Luftspalte 54a, 54b miteinander verbunden.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Rahmenkern 1 ist der Rahmenkern 50 gemäß Fig. 3e mit Seitenschenkelabschnitten 52c dargestellt, die abgerundete Außenflächen aufweisen. Damit kann eine vorteilhafte Führung eines Magnetfeldes in den Seitenschenkelabschnitten erreicht werden. Außerdem werden im Rahmenkern 50 Ecken vermieden. Weiterhin unterscheidet sich der Rahmenkern 50 vom Rahmenkern 1 darin, dass mehr als ein Mittelschenkel, hier die Mittelschenkel 53a, 53b vorgesehen sind, in denen jeweils ein Luftspalt 54a, 54b gebildet sind.

In weiteren anschaulichen Ausführungsformen der Erfindung kann jeder der Luftspalte in den Fig. 3a bis 3e gemäß einem der hinsichtlich der Figuren 2a bis 2g beschriebenen Luftspalt ausgebildet sein.

Zusammenfassend stellt die Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Rahmenkerns mit Mittelschenkel für ein induktives Bauelement und einen entsprechend gebildeten Rahmenkern mit Mittelschenkel und Luftspalt im Mittelschenkel bereit. Der Rahmenkern ist mit dem Mittelschenkel einteilig gebildet, wobei der Luftspalt während der Bildung des Rahmenkerns in den Mittelschenkel eingepresst wird.