Herstellungsverfahren für elektrische Drossel

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Wicklung von Spulen auf weichmagnetische Kerne. Speziell betrifft die Erfindung die Wicklung von Spulen für elektrische Drosseln, z.B. für Hoch- leistungs-DC/DC-Wandler.

Drosseln werden u.a. in Stromversorgungsgeräten eingesetzt. Sie unterdrücken unerwünschte Welligkeiten im Gleichstromkreis, die insbesondere durch vorgeschaltete Wandler generiert werden. Figur 1 zeigt eine Anordnung nach dem Stand der Technik. Für Drosseln für DC/DC-Wandler mit hoher Leistungsdichte sind zwei Spulen (1, 2) auf einem Kern (3) einzeln gewickelt, der z.B. als Blechpaket ausgebildet ist. Die beiden Anschlüsse (4a, 4b; 5a, 5b) jeder Spule sind separat herausgeführt und zwei davon werden zur Drosselwirkung extern, z.B. mittels Lötstelle (6) oder Kontaktklemme, miteinander verbunden.

Die Nachteile dieser Lösung bestehen in einer aufwändigeren Fertigung, da ja neben dem eigentlichen Wicklungsvorgang in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt die externe Spulenverbindung hergestellt werden muss. Zudem bedingt diese Technik mehr Platzbedarf (mehr Lötstellen, Isolation der Verbindung) und kann auch eine geringere Zuverlässigkeit nach sich

ziehen. In vielen Fällen steht die externe Verbindung (Klemme, Lötstelle) einer optimalen Kühlanbindung im Weg.

überlegungen, den Aufwand bei Wicklungsabläufen zu minimieren, sind beschrieben. So betrifft die Offenlegungsschrift DE10056794A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Statorwicklung für eine elektrische Maschine. Dabei werden verschiedene Gruppen von identischen, seriell geschalteten Spulen mit einem Draht vorgegebenen Querschnitts unterbrechungs- los gewickelt, wobei in jeder Gruppe eine zusätzliche Teilspule vorgesehen ist .

Die Erfindung geht aus von der vorgenannten Schrift als nächstliegendem Stand der Technik. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zu Herstellung von Drosseln zu entwickeln, das technische Vorzüge gegenüber der bisherigen Verfahrensweise aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Weitere Details und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche . •

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren und den darin angegebenen Bezugszeichen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 Perspektiv-Ansicht einer Drossel nach dem Stand der Technik mit zwei Spulenkörpern

Fig. 2 Schema des erfindungsgemäßen Wicklungsverfahrens

Fig. 3 Schnitt durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewickelte Drossel

Fig. 4 Perspektiv-Ansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewickelten Drossel

Fig. 5 Spule nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Glättung des Randbereichs durch Planschleifen/- frasen

Fig. 6 Isolation der Wicklungen im Randbereich einer Spule durch Ausätzen und Versiegeln

Bei elektrischen Drosseln, deren Kern nicht als Ringkern ausgeführt ist, wird anstelle von Draht sehr häufig Kupferblech oder Kupferfolie eingesetzt. Dies bietet im Vergleich zu normalem Runddraht einer Reihe von Vorteilen. So ist aufgrund des größeren Umfangs im Vergleich zum Querschnitt der Ein- fluss des Skin-Effekts deutlich reduziert. Durch das breite Blech ergibt sich zudem ein deutlich höherer Kupferfüllfak- tor. Dies wiederum bietet aufgrund des höheren Wärmeflusses durch mehr Kupfer auch eine bessere Wärmeableitung.

Die Erfindung schlägt vor, beide Teilspulen in einem Wicklungsgang unterbrechungsfrei aus dem gleichen Kupferband zu fertigen. Figur 2 zeigt schematisch den Wicklungsvorgang. Dabei wird das Kupferband (7) von beiden Enden her auf die Spulenkörper (8a, 8b) oder Spulenträger (9) aufgewickelt. Wenn die Wickelrichtungen wie in Fig. 2 dargestellt gewählt werden, bleibt der Wicklungssinn bezogen auf den jeweiligen Spulenkörper erhalten. Wie in Figur 3 als Schnitt dargestellt, entsteht so im Ergebnis eine „Doppelspule" (10) , die mit

richtiger Wicklungsrichtung verteilt ist auf zwei Spulenkörper (8a, 8b) , bzw. Spulenträger (9) . Aufgrund der unterbrechungsfreien Wicklung sind nur die beiden Anschlüsse (4a, 5a) der Drossel herauszuführen.

Dabei kann für das Aufwickeln jeweils entweder direkt ein Spulenkörper (8a, 8b) verwendet werden (z.B. wie in Fig. 3 dargestellt als Stapel von Eisenblechen) auf dem die Spule später verbleibt und der über eine entsprechende Brücke (magnetischer Fluss) mit dem zweiten Spulenkörper zur Drossel zusammengesetzt wird. Alternativ kann für den Wicklungsvorgang auch ein Spulenträger (9), z.B. aus Plastik, verwendet werden, der z.B. als Hohlprofil ausgebildet ist und auf einen Drosselkörper aus Eisenblechen aufgeschoben werden kann.

Bei entsprechender Stabilität (kompakte Wicklung, z.B. durch Vergießen) können die Spulen (10) auch von den Spulenträgern

(9) abgezogen werden und auf einen Drosselkörper aufgeschoben werden. Damit können auch Drosseln mit E-Profilkernen mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewickelten Doppelspulen

(10) ausgestattet werden.

In Figur 4 ist die fertig zusammengesetzte Drossel dargestellt. Für einen Dauerbetrieb unter hoher Last sind Drosseln zu kühlen. Dies bedingt eine äußere Form mit der eine gute thermische Anbindung an einen oder mehrere Kühlkörper erreicht werden kann, wobei der Kühlkörper Wasser- oder Luftgekühlt sein kann. Da das erfindungsgemäße Verfahren externe Verdrahtungsbereiche reduziert (Wegfall der Lötstelle (6) , bzw. Klemme) kann der Drossel-Kern auch in diesem Bereich (13) an einen Kühlkörper angesetzt werden. Bei entsprechender Formgebung und Konstruktion des Kühlkörpers kann auch noch das Paket aus Kupferband der Spule (9) angebunden werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Randbereiche (11) einer solchen Spule zusätzlich behandelt. So kann bei einer kompakten Spule (10) eine glatte Oberfläche im Randbereich (11) durch Planschleifen, -fräsen oder dergleichen hergestellt werden. Dies ist als Schnitt in Figur 5 dargestellt. Damit eine zuverlässige Isolation auch in diesem besonders kritischen Bereich erreicht wird, können im Anschluss an das vorgenannte Planschleifen, -fräsen oder dergleichen beispielsweise Teile des freiliegenden Kupferbandes (7) ausgeätzt werden und anschießend mit Isolationsmaterial (12), z.B. Kunstharz o.a., vergossen werden. Dies ist schematisch in Figur 6 wiedergegeben. Durch eine solche Endbehandlung des Wickelkopfes lässt sich eine auf Dauer gesicherte Stabilität der Drossel erreichen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind mit verringertem Produktionsaufwand sehr kompakte Drosseln herstellbar, die bei kleinen Bemaßungen hohe Leistungen erreichen können.