Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Interfacetechnik mit elektronischen

Bauelementen, die für Mess-, Steuer— und/oder

Regelungsaufgaben, insbesondere als Trennverstärker, eingesetzt werden können. Diese Trennverstärker stellen eine galvanische Trennung zwischen einem Primärkreis und einem Sekundärkreis bereit und sind beispielsweise für einen eigensicheren Betrieb geeignet.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Übertrager, insbesondere einen planaren, nicht störanfälligen

Übertrager, der für eigensichere Stromkreise geeignet ist und im Folgenden als planarer eigensicherer Übertrager bezeichnet wird.

Eigensichere Übertrager oder Transformatoren werden zur galvanischen Trennung von Stromkreisen nach verschiedenen Normen eingesetzt, wobei über die Übertrager sowohl Energie als auch Signale und/oder Daten übertragen werden können. In verschiedenen Vorschriften und Normen, beispielsweise DIN EN 60079—11, sind für verschiedene Sicherheitsklassen von Betriebsmitteln sowie vorgeschriebene Zündschutzarten Mindestabstände für die Trennung der Stromkreise und somit auch der Windungen oder Wicklungen der Transformatoren vorgegeben, so dass in Folge, sofern diese Mindestabstände eingehalten sind, ein Stromkreis als eigensicher gilt. Ein Stromkreis ist in diesem und im Rahmen der Erfindung demnach dann eigensicher, wenn in diesem weder ein Funke noch ein thermischer Effekt unter den in der Norm

festgelegten Bedingungen auftritt, die den ungestörten Betrieb und bestimmte Fehlerbedingungen umfassen, eine Zündung einer bestimmten explosionsfähigen Atmosphäre verursachen kann. Bei einem eigensicheren Übertrager sind folglich auch dessen Stromkreise unter den in der Norm festgelegten Bedingungen eigensicher.

Die vorgeschriebenen Mindestabstände sind wiederum vom Spannungsspitzenwert sowie vom Isoliermedium abhängig und sind in Bezug auf das Isoliermedium ferner in

Mindestabstände bei vorherrschender FestStoffIsolierung sowie bei vorherrschenden Luft- und Kriechstrecken

unterteilt. Wie beispielsweise der Tabelle in Figur 1 zu entnehmen ist, ist z.B. als Mindestabstand in einer typischen Isolationsklasse, wie beispielsweise Schutzniveau ia, ib bei 375 V, ein minimaler Trennabstand bei fester Isolierung von beispielsweise 1 mm, eine minimale

Kriechstrecke in Luft von 10 mm und eine minimale

Kriechstrecke unter einer Schutzschicht von etwa 3,3 mm vorgegeben, wobei mit ia und ib jeweilige Schutzniveaus definiert sind und ia das höchste und ic das niedrigste Schutzniveau definiert. Eigensichere Übertrager sind daher hinsichtlich der Geometrie derart ausgelegt und optimiert, dass die benötigten Trennabstände für ein bestimmtes

Schutzniveau sichergestellt werden. Dies kann sowohl durch gewickelte Spulen als auch durch gedruckte oder geätzte Spulen auf Leiterplatten gewährleistet werden. Dabei ist bei gedruckten oder geätzten Spulen von Vorteil, dass keine zusätzlichen Wicklungsprozesse benötigt werden und eine gute Reproduzierbarkeit gewährleistet werden kann. Weitere Vorteile können in einer verbesserten thermischen

Eigenschaft bei gleichem Kernvolumen liegen. Ferner können Herstellungskosten geringer ausfallen. In DE 10 2012 003 364 AI ist ein planarer eigensicherer Übertrager mit galvanisch getrennten Stromkreisen

beschrieben, der einen Schichtaufbau und einen magnetischen Kern aufweist, der zumindest teilweise den Schichtaufbau umschließt.

In DE 10 2012 003 365 AI ist ein weiterer planarer

eigensicherer Übertrager mit galvanisch getrennten

Stromkreisen beschrieben, der einen Schichtaufbau mit einer ersten magnetischen Schicht und einer zweiten magnetischen Schicht aufweist, wobei die erste und die zweite

magnetische Schicht magnetische Kernteile eines nicht geschlossenen Magnetkerns bilden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Bauform eines planaren Übertragers,

insbesondere eines planaren eigensicheren Übertragers, vorzuschlagen, welcher insbesondere einen geschlossenen magnetischen Kern aufweist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen planaren Übertrager, insbesondere einen planaren eigensicheren Übertrager, vorzuschlagen, der gegenüber dem Stand der Technik eine geringere Baugröße aufweist .

Als Lösung wird ein planarer Übertrager, insbesondere eigensicherer Übertrager, mit den Merkmalen des

unabhängigen Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Übertragers sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Vorgeschlagen wird demnach ein planarer Übertrager, insbesondere eigensicherer Übertrager, mit einer vertikalen Ausdehnung und einer horizontalen Ausdehnung, der einen sandwichartigen Schichtaufbau mit mehreren vertikal übereinander angeordneten sich horizontal erstreckenden Schichten, umfassend eine erste und eine zweite leitende, insbesondere elektrisch leitende, Schicht und mindestens eine isolierende innere Schicht, die zwischen den zwei leitenden Schichten angeordnet ist, aufweist sowie eine Mehrzahl von Stromkreisen, wobei ein erster Stromkreis und mindestens ein zweiter Stromkreis galvanisch voneinander getrennt sind, und mindestens einen ringartigen

magnetischen Kern (nachfolgend auch magnetischer Ringkern oder nur Kern genannt) mit einem Loch, der zumindest auf den ersten Stromkreis und auf den zweiten Stromkreis wirkt.

Dabei besitzt der Kern insbesondere zwei Stirnflächen und zwei Mantelflächen, wobei die Stirnflächen im Wesentlichen parallel zur horizontalen Ausdehnung des Schichtaufbaus ausgerichtet sind. Ein solcher planarer, insbesondere eigensicherer Übertrager zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Kern innerhalb der wenigstens einen isolierenden inneren Schicht angeordnet ist, dass ein Leiter des ersten Stromkreises und ein Leiter des zweiten Stromkreises jeweils eine Wicklung mit mindestens einer Windung aufweist, und dass die

mindestens eine Windung des ersten Stromkreises und die mindestens eine Windung des zweiten Stromkreises jeweils an der ersten leitenden Schicht und an der zweiten leitenden Schicht sowie durch die mindestens eine isolierende innere Schicht und durch das Loch des Kerns verlaufen.

Dabei verlaufen die Leiter des ersten und des mindestens zweiten Stromkreises wenigstens abschnittsweise in einer gemeinsamen Ebene. Die wenigstens eine Windung eines jedes der wenigstens zwei Stromkreise Stromkreises verläuft abschnittsweise in einer Ebene oberhalb und in einer Ebene unterhalb des ringartigen magnetischen Kerns. Die Wicklung des ersten Stromkreises und die Wicklung des zweiten

Stromkreises sind somit im Wesentlichen nebeneinander platziert .

Zum besseren Verständnis sei nochmals erwähnt, dass eine Wicklung mindestens eine Windung umfasst bzw. aufweist, wobei eine Windung ein Abschnitt eines Leiters ist, welcher den magnetischen Kern einmal umschlingt oder zumindest im Wesentlichen umschlingt.

Die vorliegende Erfindung bietet viele Vorteile.

Insbesondere ist der erfindungsgemäße Übertrager,

insbesondere im Falle eines eigensicheren Übertragers, für den Einsatz in Explosionsschutzumgebungen geeignet und weist dennoch eine sehr kompakte und vor allem flache

Bauform auf, die Einbauhöhe einspart und Dank derer er zum Beispiel auch in sehr flache Gehäuse einbaubar ist. Dabei lassen sich durch die vollständige Integration des

ringartigen magnetischen Kerns in die isolierende innere Schicht alle Isolationsanforderungen mit guter

Reproduzierbarkeit erreichen. Ist der planare Übertrager zum Beispiel als Leiterplatten-Übertrager ausgebildet, so ist der Ringkern in das isolierende Leiterplattenmaterial vollständig integriert.

Aufgrund des auf die wenigstens zwei Stromkreise wirkenden magnetischen Ringkerns kann der erfindungsgemäße Übertrager auch als Ringkernkoppler und der erste und zweite

Stromkreis können auch als Primär- und Sekundärkreis bezeichnet werden. Zweckmäßiger Weise kann der ringartige magnetische Kern verschiedene geometrische Formen aufweisen und also nicht nur kreisrund, sondern auch oval oder mehreckig sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, insbesondere wenn der Übertrager als Leiterplatten- Übertrager ausgebildet ist, ist an der ersten leitenden Schicht und an der zweiten leitenden Schicht jeweils mindestens eine erste Leiterbahn für den ersten Stromkreis und jeweils mindestens eine zweite Leiterbahn für den zweiten Stromkreis ausgebildet, wobei die mindestens eine Windung des ersten Stromkreises die erste Leiterbahn an der ersten leitenden Schicht und die erste Leiterbahn an der zweiten leitenden Schicht umfasst, die mittels einer leitenden Durchkontaktierung durch die mindestens eine isolierende innere Schicht an einem ihrer freien

Endabschnitte miteinander verbunden sind, und wobei die mindestens eine Windung des zweiten Stromkreises die zweite Leiterbahn an der ersten leitenden Schicht und die zweite Leiterbahn an der zweiten leitenden Schicht umfasst, die mittels einer leitenden Durchkontaktierung durch die mindestens eine isolierende innere Schicht an einem ihrer freien Leiterbahnendabschnitte miteinander verbunden sind. Dabei ist unter einem freien Leiterbahnendabschnitt

insbesondere ein Endabschnitt einer Leiterbahn zu

verstehen, der ansonsten nichtleitend verbunden bzw.

kontaktiert ist. Zweckmäßiger Weise verlaufen die

Leiterbahnen der Windungen vom Loch des magnetischen

Ringkerns im wesentlichen strahlenartig zum äußeren Rand der leitenden Schicht hin. Ferner verlaufen die

Leiterbahnen bevorzugt im Wesentlichen parallel zu

wenigstens einer der Stirnflächen des Ringkerns und/oder die Durchkontaktierungen im Wesentlichen senkrecht zu wenigstens einer der Stirnflächen des Ringkerns bzw.

parallel zu wenigstens einer der Mantelflächen des

Ringkerns. Zweckmäßiger Weise sind die Durchkontakt ierung durchgängig durch die wenigstens eine isolierende innere Schicht geführt und mit leitfähigem Material ausgekleidet.

In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen der erste Stromkreis und/oder der zweite Stromkreis mehrere Windungen auf und die mehreren Windungen eines

Stromkreises sind derart miteinander verbunden, dass eine Leiterbahn der einen Windung mit einer Leiterbahn der anderen Windung mittels einer leitenden Durchkontaktierung durch die mindestens eine isolierende innere Schicht an einem ihrer freien Leiterbahnendabschnitte miteinander verbunden sind.

Somit kann also eine Wicklung auch mehrere Windungen aufweisen, wobei auch eine unterschiedliche Windungsanzahl je Wicklung möglich ist, so dass der Übertrager

insbesondere als Trennverstärker oder Transformator

einsetzbar ist. Ferner kann eine Wicklung mehrere

Wicklungssegmente mit je wenigstens einer Windung umfassen, wobei die Segmente voneinander beabstandet abgeordnet sein können . In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist

vorzugsweise vorgesehen, dass der erste Stromkreis und der mindestens zweite Stromkreis einen ersten Isolationsabstand zueinander aufweisen, und dass an keinem geometrischen Ort des Übertragers der erste Isolationsabstand zwischen den Stromkreisen kleiner ist als ein Mindestisolationsabstand TO. Somit können in jedem Fall die erforderlichen

Trennabstände bei FestStoffIsolierung, welche gemäß einer jeweiligen Norm für Explosionsschutzumgebungen, wie zum Beispiel der zum Zeitrang der vorliegenden Anmeldung gültigen Version der Norm EN 60079-11 vorgeschrieben sind, eingehalten werden. Fig. 1 zeigt hierbei eine Tabelle mit Luft- und Kriechstrecken und Trennabständen, wobei die darin angegebenen Werte der Tabelle 5 der zum Zeitrang der vorliegenden Anmeldung gültigen Version der Norm EN 60079- 11 entsprechen. In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder der Stromkreise einen zweiten Isolationsabstand zum Kern aufweist, und dass an keinem geometrischen Ort des Übertragers der zweite

Isolationsabstand zwischen den Stromkreisen und dem Kern kleiner ist als ein Mindestisolationsabstand TO / 2 (TO dividiert durch 2), das heißt als die Hälfte des

Mindestisolationsabstands TO.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste leitende Schicht und/oder die zweite leitende Schicht eine äußere Schicht des

sandwichartigen Schichtaufbaus ist, und dass jeder an einer äußeren leitenden Schicht verlaufende Leiter des ersten Stromkreises zu jedem an derselben äußeren leitenden

Schicht verlaufenden Leiter des mindestens zweiten

Stromkreises einen dritten Isolationsabstand aufweist, und dass an keinem geometrischen Ort der jeweiligen äußeren leitenden Schicht des Übertragers der dritte

Isolationsabstand zwischen den Stromkreisen kleiner ist als ein Mindestisolationsabstand LO . Somit können auch mit Blick auf Kriechstrecken durch Luft bzw. unter einer

Schutzschicht die erforderlichen Abstände eingehalten werden, welche gemäß einer jeweiligen Norm für

Explosionsschutzumgebungen, wie zum Beispiel der EN 60079- 11 (vgl. auch Figur 1), vorgeschrieben sind. In einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfasst der der sandwichartige Schichtaufbau mindestens eine isolierende äußere Schicht, wobei die erste leitende

Schicht und/oder die zweite leitende Schicht zwischen einer isolierenden inneren Schicht und einer isolierenden äußeren Schicht angeordnet ist. Somit ist die leitende Schicht von dem isolierenden Material der isolierenden inneren Schicht und isolierenden äußeren Schicht bedeckt.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist

vorzugsweise vorgesehen, dass, wenn eine leitende Schicht zwischen zwei isolierenden Schichten angeordnet ist und somit eine innere leitende Schicht des sandwichartigen Schichtaufbaus ist, jeder an einer inneren leitenden

Schicht verlaufende Leiter des ersten Stromkreises zu jedem an derselben inneren leitenden Schicht verlaufenden Leiter des mindestens zweiten Stromkreises den ersten

Isolationsabstand aufweist, und dass an keinem

geometrischen Ort der jeweiligen inneren leitenden Schicht des Übertragers der erste Isolationsabstand zwischen den Stromkreisen kleiner ist als der Mindestisolationsabstand TO. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die

wenigstens eine isolierende äußere Schicht eine Dicke aufweist, die dem zweiten Isolationsabstand entspricht, wobei der zweite Isolationsabstand und also die Dicke der wenigstens einen isolierenden äußeren Schicht nicht kleiner ist als ein Mindestisolationsabstand TO / 2 (TO dividiert durch 2), das heißt als die Hälfte des

Mindestisolationsabstands TO.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine isolierende innere Schicht eine ringartige Aussparung aufweist, in die der ringartige magnetische Kern eingelassen ist. Somit ist der magnetische Ringkern von dem isolierenden Material der isolierenden inneren Schicht umgeben, insbesondere vollständig umgeben, und gegenüber den Stromkreisen isoliert.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind mindestens zwei isolierende innere Schichten übereinander angeordnet und miteinander verbunden, insbesondere

miteinander verpresst. Zweckmäßiger Weise sind dabei die Durchkontaktierungen durchgängig durch alle miteinander verbundenen isolierenden inneren Schichten geführt und mit leitfähigem Material ausgekleidet.

Ferner kann zwischen zwei isolierenden inneren Schichten eine zusätzliche leitende Schicht angeordnet sein.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen dabei

Figur 1 eine Tabelle mit Luft- und Kriechstrecken und

Trennabständen hinsichtlich bestimmter Schutzniveaus, wobei die darin enthaltenen Werte der Tabelle 5 der zum Zeitpunkt des Zeitrangs de: vorliegenden Anmeldung gültigen Norm EN 60079-11 entsprechen;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Übertragers mit zwei Stromkreisen basierend auf einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in

perspektivischer Ansicht;

Figur 3 eine weitere schematische Darstellung des

Übertragers basierend auf dem ersten

Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht; Figur 4 eine schematische Darstellung eines Übertragers mit zwei Stromkreisen basierend auf einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in

perspektivischer Ansicht; Figur 5 eine schematische Explosionsdarstellung der

Schichten des Übertragers basierend auf dem zweiten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht ;

Figur 6 eine schematische Darstellung des magnetischen

Ringkerns und der Wicklungen der zwei Stromkreise des Übertragers basierend auf dem ersten oder zweiten oder einem dritten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht;

Figur 7 eine schematische Schnittdarstellung des

Übertragers basierend auf dem zweiten

Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht;

Figur 8 eine schematische Schnittdarstellung des

Übertragers basierend auf dem ersten

Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht; Figur 9 eine weitere schematische Schnittdarstellung des

Übertragers basierend auf dem ersten

Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht;

Figur 10 eine weitere schematische Schnittdarstellung des

Übertragers basierend auf dem ersten

Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht;

Figur 11 eine schematische Darstellung eines Übertragers mit zwei Stromkreisen basierend auf einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in

perspektivischer Ansicht; Figur 12 eine weitere schematische Darstellung eines

Übertragers mit zwei Stromkreisen basierend auf dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Ansicht; Figur 13 eine schematische Schnittdarstellung des

Übertragers basierend auf dem dritten

Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht; und

Figur 14 eine weitere schematische Schnittdarstellung des

Übertragers basierend auf dem dritten

Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht.

Die beiliegenden Figuren 2 bis 14 zeigen beispielhaft verschiedene Ansichten basieren auf drei bevorzugten

Ausführungsbeispielen von planaren, insbesondere

eigensicheren Übertragern 100 gemäß der Erfindung, mit einer vertikalen Ausdehnung und einer horizontalen

Ausdehnung. In den Figuren erstreckt sich die vertikale Ausdehnung somit entlang der Y-Achse und die horizontale Ausdehnung entlang der X- und z-Achsen des jeweils zur Anschaulichkeit in den Figuren 2, 4 und 11 skizzierten Koordinatensystems .

Die Übertrager 100 weisen demnach einen sandwichartigen Schichtaufbau mit mehreren vertikal übereinander

angeordneten sich horizontal erstreckenden Schichten auf, umfassend eine erste leitende Schicht 110 und eine zweite leitende Schicht 120 und mindestens eine isolierende innere Schicht 130, die zwischen den zwei leitenden Schichten angeordnet ist. Die Übertrager weisen ferner jeweils eine Mehrzahl von Stromkreisen auf, wobei ein erster Stromkreis 150 und mindestens ein zweiter Stromkreis 160 galvanisch voneinander getrennt sind, mindestens einen ringartigen magnetischen Kern 140 mit einem Loch 145, der zumindest auf den ersten Stromkreis 150 und auf den zweiten Stromkreis 160 wirkt. Der Kern 140 ist jeweils innerhalb der

wenigstens einen isolierenden inneren Schicht 130

angeordnet und ein Leiter 151 des ersten Stromkreises 150 und ein Leiter 164 des zweiten Stromkreises 160, d.h. ein für den Stromfluss des jeweiligen Stromkreises vorgesehener Leiter, weist jeweils eine Wicklung 152 oder 162 mit mindestens einer Windung 153 bzw. 163 auf. Die mindestens eine Windung 153 des ersten Stromkreises 150 und die mindestens eine Windung 163 des zweiten Stromkreises 160 verlaufen jeweils an der ersten leitenden Schicht 110 und an der zweiten leitenden Schicht 120 sowie durch die mindestens eine isolierende innere Schicht 130 und durch das Loch 145 des Kerns 140.

Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in möglichen

Weiterbildungen in den Figuren 2, 3, 6, 8, 9 und 10 gezeigt. Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in möglichen Weiterbildungen in den Figuren 4, 5, 6 und 7 gezeigt. Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in möglichen

Weiterbildungen in den Figuren 6, 11, 12, 13 und 14

gezeigt .

Die Figur 1 zeigt eine Tabelle mit Mindestabständen

betreffend minimale Luft- und Kriechstrecken und

Trennabständen bei FestStoffIsolierungen hinsichtlich bestimmter Schutzniveaus zur Gewährleistung eigensicherer Stromkreise und also auch eigensicherer Übertrager in Bezug auf dessen Stromkreise, wobei die darin angegebenenen Werte der Tabelle 5 der zum Zeitrang der vorliegenden Anmeldung gültigen Norm EN 60079-11 als beispielhafte Norm für

Explosionsschutzumgebungen entsprechen. Aus dieser Tabelle ergeben sich bestimmte, somit auch durch diese Norm vorgeschriebene Mindestabstände. Diese Mindestabstände, nachfolgend und in den Ansprüchen auch als

Mindestisolationsabstände TO und LO bezeichnet, sind vom Isoliermedium abhängig, so dass die einzuhaltenden

Mindestabstände jeweils basierend auf FeststoffIsolierung, Luft- oder Kriechstrecken unterteilt sind. Wie der Tabelle zu entnehmen ist, beträgt in einer typischen

Isolationsklasse wie beispielsweise Schutzniveau ia, ib bei einem Spannungsspritzenwert von 375V, nachfolgend auch als Schutzniveau 375 V ia, ib bezeichnet, der als

Mindestabstand oder Mindestisolationsabstand TO

einzuhaltende minimale Trennabstand bei fester Isolierung beispielsweise 1 mm, und die als Mindestabstand oder

Mindestisolationsabstand LO einzuhaltende minimale

Kriechstrecke in Luft 10 mm und unter einer Schutzschicht etwa 3,3 mm. Somit muss bei dem Schutzniveau 375 V ia, ib innerhalb einer Leiterplatte ein dem minimalen Trennabstand entsprechender Mindestisolationsabstand von TO = 1,0 mm eingehalten werden, während auf der Außenlage der

Leiterplatte ein den Kriechstrecken in Luft bzw. unter

Schutzlack entsprechender Mindestisolationsabstand von LO = 10,0 mm bzw. 3,3 mm eingehalten werden muss.

Für die nachfolgende Beschreibung werden drei

Isolationsabstände definiert. Isolationsabstand II

entspricht hierbei mindestens einem gemäß einem geforderten Schutzniveau entsprechenden Mindestisolationsabstand von TO, Isolationsabstand 12 entspricht mindestens T0/2 und Isolationsabstand 13 entspricht mindestens einem gemäß einem geforderten Schutzniveau entsprechenden

Mindestisolationsabstand von L0.

Wie bereits aufgezeigt, betrifft die Figur 2 das erste Ausführungsbeispiel eines planaren eigensicheren Übertragers gemäß der Erfindung, der hier als

Leiterplattentransformator ausgebildet ist und zwei

getrennte Stromkreise 150 und 160 mit je einer Wicklung 152 bzw. 162 mit im vorliegenden Beispiel je mehreren Windungen 153 bzw. 163 aufweist. Von den Windungen sind hier

jeweilige Leiterbahnen 154 des Leiters 151 des ersten

Stromkreises 150 und jeweilige Leiterbahnen 164 des Leiters 161 des zweiten Stromkreises 160 an der ersten leitenden Schicht 110, die eine Außenlage der Leiterplatte ist, zu sehen. Dabei sind die leitfähigen Strukturen des ersten Stromkreises 150 und des zweiten Stromkreises 160 an den leitenden Schichten 110 und 120 mit dem dritten

Isolationsabstand 13 voneinander getrennt, wobei 13 gleich dem vorgeschriebenen Mindestisolationsabstand L0 oder größer ist. Gut zu erkennen sind auch die

Verbindungsstellen zwischen den Leiterbahnen 154, 164 und den leitenden Durchkontaktierungen 155, 165.

Die Figur 3 zeigt basierend auf dem Übertrager 100 aus Figur 2 eine mögliche Weiterbildung eines solchen mit transparent dargestelltem Isoliermaterial, so dass nun auch der integrierte ringartige magnetische Kern 140, dessen Loch 145 sowie die Leiterbahnen 154, 164 an der zweiten leitenden Schicht 120, die ebenfalls eine Außenlage der Leiterplatte ist, gut zu erkennen sind. Zu sehen sind außerdem die Durchkontaktierungen 155, 165 des ersten und zweiten Stromkreises 150, 160. Die Windungen 153, 163 der Wicklungen 152, 162 des ersten und zweiten Stromkreises 150, 160 sind aus Leiterbahnen 154, 164 auf den Außenlagen und aus Durchkontaktierungen 155, 165 gebildet und

umschließen einen geschlossenen Magnetkern 140, der in die Leiterplatte integriert ist. Die Figur 6 zeigt basierend auf dem Übertrager 100 aus Figur 2 in einer möglichen Weiterbildung eines solchen, den magnetischen Ringkern, insbesondere aus Figur 3, ohne

Isolationsmaterial und aus einer anderen Perspektive. Zu sehen sind hier auch wieder die Wicklungen 152, 162 der zwei Stromkreise 150, 160 des Übertragers 100. Zu sehen sind hier auch die Anschlusskontakte 156 und 166 für die nicht weiter dargestellte äußere Beschaltung des

Übertragers 100. Die in Figur 6 gezeigten Bauteile können in dieser oder einer sehr ähnlichen Ausbildung und

Anordnung auch bei dem Übertrager basierend auf dem zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel vorkommen.

Die Figuren 8, 9 und 10 zeigen basierend auf dem Übertrager 100 aus Figur 2 in möglichen Weiterbildungen,

Schnittdarstellungen des Übertragers. Zu erkennen ist hier, dass sich um den Magnetkern 140 herum eine in alle

Raumrichtungen umlaufende innere Isolationsschicht 130 befindet, deren Dicke einen zweiten Isolationsabstand 12 zwischen dem Kern und allen anderen elektrisch leitfähigen Strukturen der Stromkreise 150 und 160 gewährleistet, der gleich dem halben Mindestisolationsabstand TO ist oder größer. Der Magnetkern wird als elektrisch leitfähig und somit isolationstechnisch wie eine Äquipotentialfläche angesehen. Um den nach einer Norm geforderten, dem

minimalen Trennabstand entsprechenden

Mindestisolationsabstand von TO für feste Isolation zu erreichen, wird er wie folgt anteilig aus zwei zweiten Isolationsabständen 12 zusammengesetzt: Von der ersten Wicklung 152 zum Magnetkern 140 wird überall mindestens ein Isolationsabstand eingehalten der gleich der Hälfte des Mindestisolationsabstands TO ist. Von dem Magnetkern zu allen anderen Wicklungen (z.B. der zweiten Wicklung 162) wird nun ebenfalls mindestens ein Isolationsabstand

eingehalten der gleich der Hälfte des

Mindestisolationsabstands TO ist. Dadurch ergibt sich ein zusammengesetzter Isolationsabstand von TO/2 + TO/2 = TO, wie auch von der zum Zeitpunkt des Zeitrangs der

vorliegenden Anmeldung gültigen Norm EN 60079-11 gefordert. Wichtig ist, dass die jeweils gültige Norm ein anteiliges Zusammensetzen von Isolationsabständen erlaubt, was häufig der Fall ist. Die geforderten Mindestisolationsabstände TO und L0 lassen sich auf einfache Weise zweckmäßig anhand sogenannter minimaler Isolationspfade zwischen den voneinander

isolierten Stromkreisen 150, 160 nachvollziehen bzw.

überprüfen, so wie z.B. in Figur 10 gezeigt. Demnach verläuft ein erster Isolationspfad von der Wicklung 152 des ersten Stromkreises 150 auf der linken Seite des Übertragers 100 direkt über die Oberfläche der ersten leitenden Schicht 110 zu der Wicklung 162 des zweiten

Stromkreises 160 auf der rechten Seite des Übertragers. In gleicher Weise verläuft der erste Isolationspfad auch über die Oberfläche der zweiten leitenden Schicht 120 (nicht dargestellt) . Wenn die jeweilige leitende Schicht 110 bzw. 120 eine äußere Schicht des Übertragers 100 ist muss der kürzeste Abstand zwischen den getrennten Stromkreisen 150 und 160 gleich dem dritten Isolationsabstand 13 sein, welcher wiederum gleich dem vorgeschriebenen

Mindestisolationsabstand L0 oder größer sein muss. Dieser kürzeste Abstand muss zum Beispiel für das Schutzniveau 375 V ia, ib mindestens 3,3 mm betragen, wenn die jeweilige leitende Schicht 110 bzw. 120 als äußere Schicht des

Übertragers 100 bzw. eine Außenlage dessen Leiterplatte ist jedoch mit einem speziellen Lack überzogen ist. Fehlt dieser Lacküberzug, muss der kürzeste Abstand beispielsweise statt 3,3 mm 10 mm betragen (vgl. Figur 1) . Ein häufig in der Leiterplattentechnologie zum Einsatz kommender Lötstopplack kann jedoch im Sinne einer Norm nicht als Schutzlack gewertet werden und kann somit nicht die Isolationsabstände reduzieren, wie zum Beispiel von 10 mm auf 3,3 mm. Deshalb wird im Folgenden nicht weiter auf den Lötstopplack eingegangen, obgleich er in den

Ausführungsbeispielen zum Einsatz kommen kann. Wenn im Folgenden von einer äußeren leitenden Schicht des

Schichtaufbaus die Rede ist, kann somit trotzdem zusätzlich noch ein Schutzlack den Leiter an der äußeren Schicht bedecken .

Ein zweiter Isolationspfad verläuft zunächst von der

Wicklung 152 des ersten Stromkreises 150 auf der linken Seite des Übertragers 100 durch das feste

Isolationsmaterial des Übertragers bzw. dessen Leiterplatte zum Magnetkern 140. Von dort verläuft der zweite

Isolationspfad durch den Magnetkern (als gestrichelte Linie dargestellt) und wird nicht mitgezählt, um von dort

wiederum durch das feste Isolationsmaterial zur Wicklung 162 des zweiten Stromkreises 160 auf der rechten Seite des Übertragers 100 zu gelangen. Sowohl der kürzeste Abstand von der ersten Wicklung 152 zum Magnetkern 140 als auch vom Magnetkern 140 zu der zweiten Wicklung 162 muss gleich dem zweiten Isolationsabstand 12 sein, der gleich der Hälfte des Mindestisolationsabstands TO ist. Da der dem minimalen Trennabstand entsprechender Mindestisolationsabstand von TO für feste Isolation anteilig zusammengesetzt werden darf, ergibt 2 * 12 = II bzw. 2 * TO / 2 = TO die geforderte Mindestisolation TO zwischen beiden Wicklungen und der Übertrager bzw. Transformator ist damit normgerecht dimensioniert. Der Abschnitt des zweiten Isolationspfades, der durch den Magnetkern führt (als gestrichelte Linie dargestellt) , wird hierbei nicht mitgezählt, da der

Magnetkern nicht als Isolationsmaterial angenommen werden kann .

Die Figur 4 betrifft das zweite Ausführungsbeispiel eines planaren eigensicheren Übertragers 100 gemäß der Erfindung, der hier zweckmäßig wiederum als Leiterplattentransformator ausgebildet ist und zwei getrennte Stromkreise 150 und 160 mit je einer Wicklung 152 bzw. 162 mit je mehreren

Windungen 153 bzw. 163 aufweist. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der hier gezeigte Transformator aus mehreren isolierenden inneren Schichten 130 aufgebaut, die miteinander verbunden sind, zum Beispiel indem sie

miteinander verpresst sind.

Die Figur 5 zeigt basierend auf dem Übertrager 100 aus Figur 4 nur die isolierenden Schichten 130 in einer

Explosionsdarstellung einer möglichen Weiterbildung, so dass die drei einzelnen isolierenden Schichten 130 gut zu erkennen sind. In der mittleren der drei Isolierschichten ist hier eine Aussparung 135 zur Aufnahme eines

magnetischen Ringkerns vorgesehen, in die der Magnetkern (vgl. z.B. auch Figur 6) eingelassen werden kann.

Die Figur 7 zeigt basierend auf dem Übertrager 100 aus Figur 4 eine Schnittdarstellung des Übertragers in einer möglichen Weiterbildung. Der Magnetkern 140, welcher zum Beispiel aus Ferritmaterial besteht, ist in eine Aussparung 135 der mittleren Isolierschicht 130 eingelassen, wobei die Aussparung 135 ein Hohlraum sein kann. Alternativ kann das Isoliermaterial aber auch direkt an den Magnetkern

angrenzen. Die drei inneren isolierenden Schichten sind jedenfalls so miteinander verbunden, insbesondere

miteinander verpresst, dass sich ein festes

Isolationsmaterial ergibt, so dass sich um den Magnetkern 140 herum eine in alle Raumrichtungen umlaufende feste Isolation ergibt, deren Dicke einen zweiten

Isolationsabstand 12 zwischen dem Kern und allen anderen elektrisch leitfähigen Strukturen der Stromkreise 150 und 160 gewährleistet, der gleich dem halben

Mindestisolationsabstand TO ist oder größer. Die Figur 11 betrifft das dritte Ausführungsbeispiel eines planaren eigensicheren Übertragers 100 gemäß der Erfindung, der hier zweckmäßig wiederum als Leiterplattentransformator ausgebildet ist und zwei getrennte Stromkreise 150 und 160 mit je einer Wicklung 152 bzw. 162 mit je mehreren

Windungen 153 bzw. 163 aufweist. Im Unterschied zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist der hier gezeigte

Transformator vollständig integriert, das heißt, zusätzlich zu einer inneren isolierenden Schicht 103 bzw. mehreren inneren isolierenden Schichten 130 sind noch zwei

isolierende äußere Schichten 180 und 190 vorgesehen. Dabei ist die erste leitende Schicht 110 zwischen der

isolierenden inneren Schicht 130 und der isolierenden äußeren Schicht 180 angeordnet. Ferner ist die zweite leitende Schicht 120 zwischen der isolierenden inneren Schicht 130 und der isolierenden äußeren Schicht 190 angeordnet. Somit sind die leitenden Schichten 110 und 120 von dem isolierenden Material der isolierenden äußeren Schichten 180 bzw. 190 bedeckt.

Die Figur 12 zeigt basierend auf dem Übertrager 100 aus Figur 11 eine mögliche Weiterbildung mit transparent dargestelltem Isoliermaterial, so dass nun auch der

integrierte ringartige magnetische Kern 140, dessen Loch 145 sowie die Leiterbahnen 154, 164 des ersten und zweiten Stromkreises 150, 160 gut zu erkennen sind. Zu sehen sind außerdem die Durchkontaktierungen 155, 165 des ersten und zweiten Stromkreises 150, 160. Die Windungen 153, 163 der Wicklungen 152, 162 des ersten und zweiten Stromkreises

150, 160 sind aus Leiterbahnen 154, 164 auf den leitenden Schichten 110 und 120 und Durchkontaktierungen 155, 165 gebildet und umschließen einen geschlossenen Magnetkern 140. Da sich die leitenden Strukturen des ersten und zweiten Stromkreises 150, 160 an den leitenden Schichten 110 und 120 nun innerhalb des festen Isolationsmaterials befinden, müssen sie somit voneinander nicht mehr den dritten

Isolationsabstand 13 entsprechend dem

Mindestisolationsabstand L0 einhalten, sondern nur noch den ersten Isolationsabstand II entsprechend dem geringen

Mindestisolationsabstand TO. Dadurch kann der Transformator gegenüber dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel noch kompakter hinsichtlich seiner horizontalen Ausdehnung aufgebaut werden, allerdings zu Lasten seiner vertikalen Ausdehnung, die um die Dicke der zusätzlichen äußeren isolierenden Schichten 180, 190 zunimmt. Alternativ kann der Transformator gegenüber dem ersten und zweiten

Ausführungsbeispiel bei gleicher horizontaler Ausdehnung mehr Wicklungen bzw. Wicklungssegmente und/oder mehr

Windungen aufnehmen und dennoch die geforderten

Mindestisolationsabstände gewährleisten .

Die Figuren 13 und 14 zeigen basierend auf dem Übertrager 100 aus Figur 11 mögliche Weiterbildungen in

Schnittdarstellungen des Übertragers. Gut zu sehen sind in Figur 13 die Anschlusskontakte 156 und 166 für die nicht weiter dargestellte äußere Beschaltung des Übertragers 100. Insbesondere in Figur 14 ist ferner zu sehen, dass sich um den Magnetkern 140 herum eine in alle Raumrichtungen umlaufende Isolation befindet, deren Dicke einen zweiten Isolationsabstand 12 zwischen dem Kern und allen anderen elektrisch leitfähigen Strukturen der Stromkreise 150 und 160 gewährleistet, der gleich dem halben

Mindestisolationsabstand TO ist oder größer, wobei die den Kern 140 umgebende Isolation aus mehreren miteinander verbundenen innere Isolationsschichten 130 zusammengesetzt ist. Ferner ist in Figur 14 zu sehen, dass die äußeren

Isolationsschichten 180 und 190 eine Dicke aufweisen, die dem zweiten Isolationsabstand 12 entspricht.

Dass die leitenden Strukturen des ersten und zweiten

Stromkreises 150, 160 an den leitenden Schichten 110 und 120 untereinander nur noch den ersten Isolationsabstand II entsprechend dem Mindestisolationsabstand TO einhalten brauchen, lässt sich auf einfache Weise anhand der in Figur 14 gezeigten minimaler Isolationspfade zwischen den

voneinander isolierten Stromkreisen 150, 160 nachvollziehen bzw. überprüfen. Im Unterschied zum ersten

Ausführungsbeispiel und zur Figur 10 verläuft gemäß Figur 14 der erste Isolationspfad von der Wicklung 152 des ersten Stromkreises 150 auf der linken Seite des Übertragers 100 durch das feste Isolationsmaterial der äußeren isolierenden Schicht. Von dort verläuft der erste Isolationspfad über die Oberfläche der äußeren isolierenden Schicht (als gestrichelte Linie dargestellt) , um von dort wiederum durch das feste Isolationsmaterial zur Wicklung 162 des zweiten Stromkreises 160 auf der rechten Seite des Übertragers 100 zu gelangen. In gleicher Weise verläuft der erste

Isolationspfad auch über die Oberfläche der äußeren

isolierenden Schicht 190 (nicht dargestellt). Da der dem minimalen Trennabstand entsprechender

Mindest isolat ionsabstand von TO für feste Isolation

anteilig zusammengesetzt werden darf, ergibt 2 * 12 = II bzw. 2 * TO / 2 = TO den geforderten

Mindest isolat ionsabstand TO zwischen beiden Wicklungen und der Übertrager bzw. Transformator ist damit normgerecht dimensioniert. Der Abschnitt des ersten Isolationspfades, der über die Oberfläche der äußeren isolierenden Schicht führt (als gestrichelte Linie dargestellt) , wird hierbei nicht mitgezählt.

Allgemein gilt, dass sich für jeden möglichen

Isolationspfad in Summe mindestens der Isolationsabstand TO ergeben muss.

Bezugszeichenliste

100 Planarer, insbesondere eigensicherer Übertrager

110 erste leitende Schicht

120 zweite leitende Schicht

130 isolierende innere Schicht

135 ringartige Aussparung

140 ringartiger magnetischer Kern

145 Loch des magnetischen Kerns

150 erster Stromkreis

151 Leiter des ersten Stromkreises

152 Wicklung des ersten Stromkreises

153 Windung des ersten Stromkreises

154 Leiterbahn für den ersten Stromkreis

155 leitende Durchkontaktierung für den ersten Stromkreis

156 Anschlusskontakte für die äußere Beschaltung

160 zweiter Stromkreis

161 Leiter des zweiten Stromkreises

162 Wicklung des zweiten Stromkreises

163 Windung des zweiten Stromkreises

164 Leiterbahn für den zweiten Stromkreis

165 leitende Durchkontaktierung für den zweiten

Stromkreis Anschlusskontakte für die äußere Beschaltung freier Endabschnitt einer Leiterbahn

isolierende äußere Schicht

isolierende äußere Schicht

erster Isolationsabstand

zweiter Isolationsabstand

dritter Isolationsabstand