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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spulenkörper und ein damit aufgebautes induktives Bauelement, das als Transformator, Entstördrossel, Speicherdrossel, und dergleichen in vielen elektronischen Schaltungen, etwa getakteten Netzgeräten, Leistungsfaktorreglern, und dergleichen eingesetzt werden kann.
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Spulenkörpermodule sind beispielsweise aus der
DE 298 05 904 U1 , der
DE 23 60 402 B2 und der
TW 1 253 658 B bekannt. Dabei beschreibt die
DE 236 04 02 B2 ein Spulenkörpermodul mit den Merkmalen a) bis c) des Anspruchs 1 der vorliegenden Erfindung, beidem die erste und zweite Eingriffsöffnung jeweils Anlageflächen für ein Eingriffselement des weiteren Spulenkörpers aufweisen, derart, dass eine Bewegung des Eingriffselements in jeweils zwei zueinander senkrechten Achsen in jeder Richtung jeweils verhindert ist.
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Durch die Entwicklung immer leistungsfähigerer und kompakterer elektronischer Schaltungen, die sowohl Logikschaltungen als auch Leistungsbauelemente enthalten können, werden zunehmend elektronische Schaltungen eingesetzt, in denen Ströme und/oder Spannungen bei hohen Frequenzen geschaltet werden müssen, um damit eine entsprechende Anpassung an die geforderten Ströme und/oder Spannungen zu erreichen. Beispielsweise sind auf dem Gebiet der Stromversorgungsgeräte zunehmend Schaltnetzteile anzutreffen, die auf Grund ihrer kompakteren Bauweise und auch auf Grund ihres in der Regel höheren Wirkungsgrades für die Versorgung einer zunehmenden Zahl an Geräten eingesetzt werden. Dabei ist es in der Regel erforderlich, Spannungen und Ströme schnell zu schalten, ohne dass jedoch Schaltverluste und Hochfrequenzstörungen unerwünscht hohe Werte annehmen. Bei entsprechenden getakteten Spannungsversorgungen sind in der Regel induktive Bauelemente erforderlich, da, bis auf Kleinstleistungsanwendungen, auf kapazitiv beruhenden Prinzipien arbeitende Wandler nicht die erforderlichen Wirkungsgrade bereitstellen können. Die entsprechenden induktiven Komponenten, etwa Speicherdrosseln, Entstördrosseln, Transformatoren, etc. bilden somit einen wesentlichen Bestandteil entsprechender elektronischer Schaltungen, wobei insbesondere die erforderliche Größe des induktiven Bauelements einen wesentlichen Kostenfaktor darstellt, da in der Regel teure Ferritmaterialien erforderlich sind und ferner ein großes Bauvolumen auch ein entsprechendes Volumen auf der entsprechenden Leiterplatte und in dem jeweiligen Gehäuse erfordert. Daher werden in der Regel möglichst hohe Taktfrequenzen vorgesehen, da dann das erforderliche Kernvolumen des induktiven Bauelements klein gehalten werden kann. Beispielsweise kann bei speziellen Anwendungen, etwa bei Resonanzwandlern, und dergleichen eine äußerst hohe Taktfrequenz angewendet werden, da das Schalten bei kleinen Strömen und/oder Spannung erfolgen kann. Ferner ist es auch auf Grund der Unmagnetisierungsverluste günstig, das Kernvolumen möglichst gering zu halten, da die Ummagnetisierungsverluste in der Regel, bei gleicher Aussteuerung des magnetischen Materials, proportional zum Volumen des Kernes sind. Ferner sind eine Reihe weiterer Bedingungen für einen hohen Wirkungsgrad eines induktiven Bauelements in einer entsprechenden Schaltung einzuhalten, wozu u. a. eine gute magnetische Kopplung der einzelnen Wicklungen zueinander, wenn mehrere Wicklungen vorgesehen sind, eine Reduzierung des Streuflusses, eine gute magnetische Abschirmung nach außen, um die Beeinflussung anderer elektronischer Komponenten gering zu halten, ein entsprechendes thermisches Verhalten, um Verlustleistungen, die im Kern und in der Wicklung auftreten, in effizienter Weise abführen zu können, eine geforderte Isolationsfestigkeit, insbesondere wenn hohe Spannungen auftreten, sowie eine entsprechende gute mechanische Stabilität und auch Widerstandsfähigkeit gegenüber vielen Arten von unterschiedlichen Umgebungseinflüssen, insbesondere wenn das induktive Bauteil unter anspruchsvollen Umweltbedingungen einzusetzen ist, gehören. Im Hinblick auf ein kostengünstiges Herstellungsverfahren ist auch ein hoher Grad an Automatisierung bei der Herstellung des induktiven Bauelements sowie eine Reduzierung möglicher Fehlerquellen im Verfahren vorteilhaft. Viele dieser unterschiedlichen Anforderungen werden jedoch durch konventionelle induktive Bauelemente nicht in ausreichender Form gewährleistet. Beispielsweise ist bei induktiven Bauelementen, etwa Transformatoren, in denen zumindest auf einer Seite hohe Spannungen auftreten, eine entsprechend hohe Isolationsfestigkeit zu fordern, wobei jedoch durch das Bewickeln entsprechender Spulenkörper auftretende Verfahrenstoleranzen auch zu diesbezüglichen Toleranzen in der Isolationsfestigkeit Anlass geben können, die dann wiederum zu einer entsprechenden Vergrößerung des Bauvolumens führen, da ein entsprechender Toleranzbereich durch größere Abstände der Wicklungen zu berücksichtigen ist. Bei Nichteinhaltung des vordefinierten Toleranzbereichs ist das entsprechende Bauelement fehlerhaft und muss daher unter Umständen als ganzes ausgesondert werden. Es ist daher vorteilhaft, möglichst viele Bauteileigenschaften durch konstruktive Maßnahmen, die mit engen Prozessverfahren herstellbar sind, festzulegen, um damit insgesamt die Fehlertoleranz zu verbessern, was sich positiv auf die Gesamtbaugröße auswirken kann, oder was bei einem vorgegebenen Toleranzbereich eine deutlich erhöhte Ausbeute zur Folge hat.
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Angesichts dieser Sachlage ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Spulenkörper und damit hergestellte induktive Bauelemente sowie Verfahren anzugeben, in denen ein höheres Maß an Prozessflexibilität bei gleichem oder verbessertem Bauteilverhalten gegeben ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Spulenkörpermodul mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.
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Generell bietet das erfindungsgemäßen Spulenkörpermodul die Möglichkeit, einen modularen Aufbau eines induktiven Bauelements vorzunehmen, wobei zunächst einzelne Spulenkörpermodule individuell mit einer Wicklung versehen werden können, und dann bei Bedarf einzelne Module zusammengefügt werden können, wobei die Befestigungsvorrichtung so ausgebildet ist, dass eine hohe Stabilität eines Systems aus mehreren Modulen gegeben ist. Dazu wird insbesondere eine Fixierung in der Längsrichtung und zweier weiterer dazu senkrechten Achsen erreicht, so dass zusätzlich zu der größeren Flexibilität bei der Herstellung entsprechender induktiver Bauelemente auch ein hohes Maß an Einhaltung entsprechender Bauteilabmessungen durch die Ausbildung der Befestigungsvorrichtung gewährleistet ist. Dabei ist die Befestigungsrichtung vorteilhafterweise so ausgerichtet, dass nach erfolgter Verbindung mit einem weiteren Spulenkörpermodul zumindest entlang diese drei Raumachsen eine mechanische Fixierung und damit ein im Wesentlichen konstanter Abstand zweier oder mehrerer Spulenkörpermodule verwirklicht ist, aber dennoch die Möglichkeit besteht, durch entsprechendes Drehen der einzelnen Module die mechanische Fixierung wieder zu lösen, so dass bei Inkompatibilität eines Spulenkörpermoduls nach erfolgtem Verbinden mehrerer Module nicht das gesamte induktive Bauteil ausgesondert werden muss. Auch ergibt sich durch den modularen Aufbau die Möglichkeit, das Aufbringen einer Wicklung in dem Wickelraum in größerem Maßstabe zu automatisieren, da nicht alle Wicklungen eines induktiven Bauelements auf den gleichen Spulenkörper aufgebracht werden müssen.
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Die Befestigungsvorrichtung weist ein erstes und ein zweites Eingriffelement auf, die zum Eingreifen in entsprechende Eingriffsöffnungen in dem weiteren Spulenkörpermodul ausgebildet sind. Das Vorsehen entsprechender Eingriffselemente ergibt eine mechanisch stabile Verbindung zumindest entlang den drei zuvor genannten Achsen, wobei jedoch eine einfache mechanische Lösung der Fixierung jederzeit durchgeführt werden kann. Entsprechende Eingriffselemente lassen sich zudem kostengünstig und mit hoher Präzision herstellen, so dass durch konstruktive Maßnahmen ein hohes Maß an mechanischer Stabilität bei Einhaltung geringer Toleranzen gewährleistet ist.
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Die Befestigungsvorrichtung weist ferner eine erste Eingriffsöffnung und eine zweite Eingriffsöffnung auf, die zur Aufnahme entsprechender Eingriffselemente des weiteren Spulenkörpermoduls ausgebildet sind. Auf diese Weise wird eine entsprechende „Verzahnung” mit dem weiteren Spulenkörpermodul erreicht, wobei durch das Vorsehen von jeweils mehr als einem Eingriffselement und einer Eingriffsöffnung auf dem jeweiligen Spulenkörpermodul ein gewisses Maß an „Redundanz” und damit an zusätzlicher Stabilität und Zuverlässigkeit erreicht wird.
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Erfindungsgemäß weist die erste Eingriffsöffnung Anlageflächen für ein entsprechendes Eingriffselement des weiteren Spulenkörpermoduls auf, so dass eine Bewegung des Eingriffselements entlag der Längsachse und den zwei dazu senkrechten Achsen durch die Anlageflächen verhindert ist. Somit ist die erste Eingriffsöffnung ausgebildet, bei Verbindung mit dem entsprechenden Eingriffselement des weiteren Spulenkörpermoduls entlang den drei Achsen wirksam eine Relativbewegung im Wesentlichen zu vermeiden, so dass eine hohe mechanische Stabilität erreicht wird. Dazu ist vorteilhafterweise auch eine entsprechende Eingriffsöffnung in dem weiteren Spulenkörpermodul vorgesehen, die mit dem ersten Eingriffselement des Spulenkörpermoduls im Eingriff ist, so dass nach erfolgter Verbindung in jeder Richtung entlang den drei Achsen eine zuverlässige Fixierung gewährleistet ist.
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In einer Ausführungsform weist die erste Eingriffsöffnung Seitenwände und eine Bodenfläche als die Anlagenflächen auf. Somit ist die engste Eingriffsöffnung so ausgebildet, um das entsprechende Eingriffselement aufzunehmen und gegen seitliche Bewegungen zu sichern, während die Bodenfläche ein Aufliegen des Eingriffselements im verbundenen Zustand und damit eine entsprechende mechanische Stabilität gewährleistet.
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Erfindungsgemäß weist die zweite Eingriffsöffnung Anlageflächen für ein entsprechendes Eingriffselement des weiteren Spulenkörpermoduls auf, so dass eine Bewegung des Eingriffselements entlang der Längsachse und einer ersten dazu senkrechten Achse jeweils in beiden Richtungen durch die Anlagenflächen verhindert ist, eine Bewegung entlang einer zur Längsachse und der ersten Achse senkrechten Achse jedoch möglich ist. Auf Grund dieser Ausbildung der zweiten Eingriffsöffnung kann diese zu einer verbesserten Stabilität bei Verbindung zweier Spulenkörpermodule für eine laterale Verschiebung gewährleisten, wobei die Bewegungsfreiheit entlang der dritten Achse jedoch ein entsprechendes Einführen des Eingriffselements des weiteren Spulenkörpermoduls in die erste Eingriffsöffnung und damit ein einfaches Verbinden der beiden Spulenkörpermodule ermöglicht. Nach erfolgter mechanischer Verbindung ergeben somit die erste und die zweite Eingriffsöffnung eine stabile mechanische Fixierung bei Beaufschlagung mit entsprechenden Kräften entlang der zuvor definierten Achsen sowie für eine Vielzahl weiterer mechanischer Krafteinwirkungen, so dass nach erfolgter Verbindung der Spulenkörpermodule bei der weiteren Bearbeitung im Wesentlichen die erforderlichen Bauteilmaße beibehalten werden. Insbesondere ergibt sich auf Grund des Vorsehens der ersten und zweiten Eingriffsöffnung, im Zusammenwirken mit den entsprechenden ersten und zweiten Eingriffselementen des zweiten Spulenkörpermoduls auch eine entsprechende „Verwindungssteifigkeit”, so dass auch nach einer entsprechenden Bearbeitung, beispielsweise durch Vergießen, Umspritzen, etc. im Wesentlichen die anfangs vorliegenden Bauteilabmessungen beibehalten werden. Dies ist insbesondere während der Bestückung eines aus den Spulenkörpermodulen aufgebauten induktiven Bauelements von Vorteil, da entsprechende Abstände von Anschlusskontakten, Anschlussflächen, und dergleichen im Wesentlichen beibehalten werden, so dass eine zuverlässige Bestückung möglich ist.
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Somit sind in der zweiten Eingriffsöffnung Seitenflächen ohne eine Bodenfläche als die Anlageflächen vorgesehen.
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Vorteilhafterweise ist eine Tiefe der ersten Eingriffsöffnung größer als eine Tiefe der zweiten Eingriffsöffnung. Auf diese Weise wird durch die erste Eingriffsöffnung in Verbindung mit dem entsprechenden Eingriffselement eine bereits hohe Stabilität im Hinblick auf „linear” einwirkende verformende Kräfte erreicht, während die zweite Eingriffsöffnung mit der reduzierten Tiefe zu einer weiteren Stabilisierung, beispielsweise gegen Verwindung führt, aber dennoch ausreichend Spielraum für die mechanische Fixierung oder Entkopplung ermöglicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die erste und die zweite Eingriffsöffnung in Bezug auf eine zur Längsachse senkrechten Achse mit Abstand angeordnet. Wenn beispielsweise die zur Längsachse senkrechte Achse als Höhenachse des Bauelements aufgefasst wird, ergibt sich auf Grund dieser Anordnung ein hohes Maß an Verwindungssteifigkeit, so dass sich insbesondere bei der Bestückung von Leiterplatten, wie dies zuvor erläutert wurde, eine große Zuverlässigkeit auf Grund der Beibehaltung der anfänglichen Baumaße ergibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die erste und die zweite Eingriffsöffnung in Bezug zur Längsachse mit Abstand angeordnet. In ähnlicher Weise ergibt sich auch hiermit eine erhöhte Windungssteifigkeit bei Beibehaltung eines erforderlichen Spielraumes für die mechanische Ankopplung und Entkopplung zweier Spulenkörpermodule.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Anschlusseinrichtung vorgesehen, die einen oder mehrere Anschlussbereiche zur elektrischen Verbindung eines Wicklungsleiters mit einer externen Komponente aufweist, wobei die Anschlusseinrichtung ein Kernaufnahmevolumen derart definiert, dass ein nicht vom Wickelraum umschlossener Kernbereich im Wesentlichen vollständig in dem Kernaufnahmevolumen versenkt ist. Das Vorsehen der Anschlusseinrichtung in der erfindungsgemäßen Weise ermöglicht eine kompakte Bauweise, da zum einen entsprechende Anschlussbereiche bereitgestellt werden, zum anderen jedoch ein entsprechendes Volumen zur Aufnahme des Kernes vorgesehen ist, so dass dieser zuverlässig in der Anschlusseinrichtung geschützt ist, d. h. dass ein hohes Maß an mechanischer und elektrischer Zuverlässigkeit gegeben ist, ohne dass zusätzliches Bauvolumen erforderlich ist. Somit kann durch die Aufnahme des nicht durch den Wickelraum durchgeführten Kernanteils ein hohes Maß an elektrischer Isolationsfestigkeit trotz der Nähe der Anschlussbereiche bewerkstelligt werden, während sich andererseits nach der Montage des magnetischen Kerns in dem Spulenkörpermodul ein ausreichend großer Schutz bei den weiteren Bearbeitungsschritten sowie bei der späteren Endmontage ergibt.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die erste und die zweite Eingriffsöffnung in der Anschlusseinrichtung angeordnet. Auf diese Weise kann eine sehr kompakte Bauform erreicht werden, da keine zusätzlichen Komponenten für die Befestigungsvorrichtung im Bereich des Wickelraumes für die mechanische Ankopplung vorzusehen sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung sind die erste und die zweite Eingriffsöffnung einerseits und das erste und zweite Eingriffselement andererseits entlang der Längsachse auf gegenüberliegenden Seiten des Wickelraumes angeordnet. Insbesondere bei längeren ausgebildeten Wickelräumen ergibt sich auf Grund dieser Anordnung eine hohe mechanische Stabilität.
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In einer Ausführungsvariante ist ein Trennelement im Wickelraum zu dessen Unterteilung vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich durch konstruktive Maßnahmen eine höhere Zuverlässigkeit des Spulenkörpermoduls erreichen, da beispielsweise bei hohen Spannungen eine entsprechende Unterteilung des Wickelraumes eine höhere Isolationsfestigkeit zur Folge hat. Dabei können nach Bedarf Spulenkörpermodule mit und ohne Trennelement kombiniert werden, wenn eine entsprechende Unterteilung des Wickelraumes nicht in allen Spulenkörpermodulen erforderlich ist. Somit kann eine größere Flexibilität bei der Bewicklung induktiver Bauelemente erreicht werden, da entsprechende Trennelemente ggf. eine andere Bewicklungsstrategie erfordern, wobei dies dann nur dort erfolgt, wo dies durch entsprechende betriebs- oder bauteilbedingte Bedingungen erforderlich ist, beispielsweise auf der Primärseite oder Sekundärseite eines Transformators. Die entsprechende andere Seite des Transformators kann dann ohne etwaige Einschränkungen durch ein entsprechendes Trennelement bearbeitet werden. Des weiteren ergibt sich durch das Bereitstellen von Spulenkörpermodulen mit und ohne Trennelement ein hohes Maß an Flexibilität bei der Gestaltung induktiver Bauelemente, da bei eventuellen Änderungen im Aufbau des Endgerätes unter Umständen keine Neukonstruktion des induktiven Bauelements, sondern lediglich das Verwenden eines anderen Spulenkörpermoduls mit oder ohne entsprechenden Trennelementen erforderlich ist. In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Trennelemente vorgesehen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind mehrere Abstandshalter vorgesehen, die in einer Ausführungsform senkrecht zur Längsachse orientiert sind. Durch die Abstandshalter kann bereits bei der Herstellung des Spulenkörpermoduls ein gewünschter Abstand, für den Einbau in ein Endgerät, beispielsweise eine Leiterplatte, eingestellt werden. Auf diese Weise kann bei gleichem Aufbau des Spulenkörpermoduls ein hohes Maß an Flexibilität beim Aufbau entsprechender Leiterplatten erreicht werden, da beispielsweise bei geänderter Betriebsfrequenz eines Endgeräts gegebenenfalls eine andere Positionierung, d. h. ein anderer Abstand zu benachbarten Leiterbahnen erforderlich sein kann, was sich auf Grund der Abstandshalter erreichen lässt. Ferner kann durch die Abstandshalter eine Verlegung von Leiterbahnen unter dem aus den induktiven Spulenkörpern aufgebauten Bauelement erfolgen, so dass sich ein hohes Maß an Effizienz für das Bauvolumen ergibt. In einer vorteilhaften Ausführungsform können die Abstandshalter variabel sein, so dass sich gleiche Spulenkörpermodule für verschiedene Abstände beim Einbau eignen. Dazu können beispielsweise eine oder mehrere Sollbruchstellen in den Abstandshaltern vorgesehen sein, so dass sich bei Bedarf eine geeignete Länge der Abstandshalter während des Herstellungsprozesses oder auch während des Einbaus in das Endgerät ermöglichen lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind Anschlussflächen zur Montage als SMD-Bauelement vorgesehen. Wie zuvor erläutert ist, wird auf Grund der hohen Stabilität mehrerer zusammengefügter Spulenkörpermodule auf Grund des erfindungsgemäßen Aufbaus jedes einzelnen Spulenkörpermoduls ein hohes Maß an Konstanz der entsprechenden Bauteilmaße selbst während diverser Fertigungsschritte gewährleistet, so dass auch bei der Endmontage auf einer Leiterplatte die entsprechenden Anschlussflächen ihre Sollabstände im Wesentlichen beibehalten. Auf Grund dieser Formstabilität kann somit auch eine Bestückung als SMD-Bauelement erfolgen, da ein zuverlässiger Kontakt der entsprechenden Lötfläche und der Anschlussfläche gewährleistet ist. Damit eignet sich das aus den erfindungsgemäßen Spulenkörper aufgebaute induktive Bauelement auch für ein in hohem Maße automatisiertes Fertigungsverfahren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein induktives Bauelement bereitgestellt, das einen magnetischen Kern und ein erstes Spulenkörpermodul aufweist, das in der zuvor dargestellten Weise ausgebildet sein kann oder auch Merkmale aufweisen kann, wie sie nachfolgend beschrieben sind, wobei der magnetische Kern teilweise von dem Wickelraum umschlossen ist. Ferner weist das induktive Bauelement eine erste in dem Wickelraum des ersten Spulenkörpermoduls aufgebrachte Wicklung auf. Wie zuvor bereits dargelegt ist, ergibt sich eine kompakte Einheit, wobei durch den modularen Aufbau des Spulenkörpermoduls ein hohes Maß an Flexibilität beim Aufbau induktiver Bauelemente gegeben ist, da beispielsweise das induktive Bauelement in mechanisch vereinfachter aber dennoch stabiler und zuverlässiger Weise mit anderen induktiven Komponenten auf anderen modularen Spulenkörpern verbunden werden kann, um damit eine komplexere induktive Baugruppe zu bilden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das induktive Bauelement ein zweites Spulenkörpermodul mit den hierin beschriebenen Eigenschaften auf, das an dem zweiten Spulenkörpermodul fixiert ist. In einer Variante ist das erste oder das zweite Spulenkörpermodul mit einem Trennelement in seinem jeweiligen Wickelraum versehen, so dass auf einfache aber effiziente Weise die einzelnen Baugruppen mit unterschiedlichen Eigenschaften, beispielsweise hinsichtlich der Aufteilung des Wickelraumes ausgestattet werden können. In ähnlicher Weise können auch andere Eigenschaften, beispielsweise der Aufbau einer jeweiligen Anschlusseinrichtung den Vorgaben des induktiven Bauelements entsprechend ausgelegt werden, so dass insgesamt ein elektrisch effizienter und materialsparender Aufbau erreicht wird. Beispielsweise können in dem ersten Spulenkörpermodul gegebenenfalls mehrere Anschlussbereiche beispielsweise in Form von Anschlussstiften, Anschlussflächen bei SMD-Montage, und dergleichen so vorgesehen werden, dass eine ausreichende Anzahl an Verbindungsmöglichkeiten mit den Leitern der Wicklung gegeben ist, während in dem anderen Spulenkörpermodul eine deutlich geringere Anzahl an Anschlussbereichen vorgesehen werden kann, wenn beispielsweise nur eine einzelne Primärwicklung oder Sekundärwicklung eines Transformators mit zwei entsprechenden Wicklungsenden vorzusehen ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eine zweite Wicklung im Wickelraum des zweiten Spulenkörpermoduls angeordnet, die galvanisch von der ersten Wicklung getrennt ist. In diesem Falle können damit zwei voneinander galvanisch getrennte Wicklungen auch getrennt aufgebracht werden, wie dies beispielsweise bei Anwendungen mit Transformatoren, Entstördrosseln, und dergleichen der Fall ist. Insbesondere kann damit ein hohes Maß an Flexibilität bei der Herstellung des induktiven Bauelements erreicht werden, da häufig sehr unterschiedliche Anforderungen im Hinblick auf die Wickeltechnik der einzelnen galvanisch voneinander getrennten Wicklungen erforderlich ist, so dass ein beispielsweise komplizierterer Aufbau einer Wicklungsseite in keiner Weise die Fertigung der anderen Wicklung beeinflusst.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das induktive Element ferner ein drittes Spulenkörpermodul auf, das die bislang beschriebenen Eigenschaften oder weitere Eigenschaften aufweisen kann, wie sie nachfolgend beschrieben werden, wobei das dritte Spulenkörpermodul an dem ersten oder an dem zweiten Spulenkörpermodul fixiert ist. Auf diese Weise lassen sich äußerst komplexe induktive Bauelemente, in denen kompliziertere Kernformen in Verbindung mit entsprechenden Wicklungen erforderlich sind, dennoch in sehr effizienter Weise mit einem hohen Maße an Automatisierung herstellen, da eben die einzelnen Komponenten unabhängig voneinander gefertigt werden können, und dann in rascher und effizienter Weise zusammengefügt werden, wobei die mechanische und elektrische Zuverlässigkeit nach der mechanischen Verbindung weiterhin gewährleistet ist. Auf Grund der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung der einzelnen Spulenkörpermodule können damit die Fertigung komplexer Baugruppen vereinfacht und die Einhaltung kritischer Toleranzwerte, beispielsweise die Länge von Isolationsstrecken, und dergleichen dennoch in sehr zuverlässiger Weise gewährleistet bzw. überwacht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauelements bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Aufbringen einer ersten Wicklung auf einen Wickelraum eines ersten Spulenkörpermoduls, das die bislang oder nachfolgend beschriebenen Eigenschaften aufweist. Des weiteren wird eine zweite Wicklung auf einen Wickelraum eines zweiten Spulenkörpermoduls aufgebracht, das ebenso die bisher beschriebenen Eigenschaften oder weitere Eigenschaften besitzt, so dass auf Grund der einander angepassten Befestigungsvorrichtungen eine zuverlässige mechanische Kopplung und Entkopplung möglich ist. Des weiteren umfasst das Verfahren das Verbinden des ersten und des zweiten Spulenkörpermoduls mit der aufgebrachten ersten und zweiten Wicklung und das Prüfen eines Isolationsabstandes der ersten und der zweiten Wicklung. Dabei ist in einigen Ausführungsformen die Befestigungsvorrichtung so gestaltet, dass das Verbinden sehr leichtgängig durchführbar ist, jedoch die Entkopplung mit einem höheren mechanischen Widerstand vonstatten geht, so dass bei der Handhabung des gekoppelten Systems keine unbeabsichtigte Entkopplung stattfindet.
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Wie zuvor bereits dargelegt ist, ergibt sich beim Aufbau eines induktiven Bauelements mit mindestens zwei Wicklungen in modularer Weise ein hohes Maß an Vereinfachung, Präzision und Flexibilität bei der Herstellung, während dennoch wichtige Aspekte, beispielsweise das Einhalten spezifizierter Isolationsabstände, in hohem Maße durch konstruktive Maßnahmen gegeben ist, d. h. im vorliegenden Falle auch nach dem Zusammenfügen durchaus eine hohe mechanische Stabilität gewährleistet ist, so dass sich durch das Wickeln ergebende Toleranzen in zuverlässiger Weise nach der Verbindung der beiden Spulenkörpermodule überprüfen lassen. Da insbesondere der Vorgang des Wickelns in unabhängiger Weise erfolgt und auf Grund der hohen mechanischen Stabilität der Kopplung des ersten und des zweiten Spulenkörpermoduls im Wesentlichen die Beibehaltung des mechanischen Aufbaus nach dem Zusammenfügen gewährleistet ist, können zum einen wicklungsbedingte Toleranzen kleiner gehalten werden und zum anderen können diese in effizienter Weise auch in einer frühen Phase der Herstellung des induktiven Bauelements erkannt und korrigiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Lösen der mechanischen Verbindung des ersten und des zweiten Spulenkörpermoduls, wenn der Isolationsabstand außerhalb eines vordefinierten Sollwertbereichs liegt. Eine entsprechende Vorgehensweise ist auf Grund der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung rasch und einfach durchführbar, so dass bei einer Abweichung von dem gewünschten Toleranzbereich eine Aussonderung des Bauelements bereits in einer frühen Phase erfolgen kann, wobei jedoch gegebenenfalls nur ein Spulenkörpermodul auszusondern ist, oder auch bei Bedarf nach der Entkopplung zuvor „auszusondernde” Spulenkörpermodule kombiniert werden können, um sodann die gewünschte Toleranz hinsichtlich des Isolationsabstands einzuhalten. Beispielsweise kann bei der Prüfung des Isolationsabstandes auch eine Abweichung der einzelnen Spulenkörpermodule überwacht werden, so dass bei einer Nichteinhaltung des Sollwertbereichs die einzelnen Module individuell in unterschiedliche „Ausschlussklassen” eingeteilt werden, die dann in geeigneter Weise wieder untereinander kombiniert werden können, so dass sich insgesamt ein induktives Bauelement im vordefinierten Sollwertbereich ergibt. Auf diese Weise kann somit die Produktionsausbeute deutlich verbessert werden, wobei dennoch der Aufwand beim Prüfen und Aussondern der entsprechenden induktiven Bauelemente gering ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Isolationsabstand mittels einer Schablone geprüft, wodurch sich eine rasche, einfache und zuverlässige Überprüfung eines gewünschten Isolationsabstandes ergibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden das erste und das zweite Spulenkörpermodul vergossen oder umspritzt, wenn die Prüfung des Isolationsabstands ein positives Ergebnis ergibt. Durch diese Maßnahme kann das induktive Bauelement in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt werden, in denen sehr anspruchsvolle Umgebungsbedingungen vorherrschen, da sich durch die zumindest teilweise Ummantelung des induktiven Bauelements oder von Bereichen davon eine wesentlich größere Resistenz gegenüber vielen Arten an Umwelteinflüssen ergibt. Dabei kann trotz des modularen Aufbaus die mechanische Stabilität und damit die Einhaltung kritischer Toleranzen, etwa von Isolationsabständen, Luftspalten, und dergleichen gewährleistet werden, so dass durch das Vergießen oder Umspritzen im Wesentlichen keine nachteiligen Änderungen des Funktionsverhaltens des induktiven Bauelements hervorgerufen werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ferner eine dritte Wicklung auf einen Wickelraum eines dritten Spulenkörpermoduls aufgebracht und dieses wird mit dem ersten oder dem zweiten Spulenkörpermodul nach der Bewicklung verbunden. Wie zuvor ausgeführt wurde, lassen sich auf diese Weise äußerst komplexe induktive Bauelemente in jeweils einzelnen Schritten herstellen und nach der Fertigung sodann in einfacher und rascher Weise mechanisch und magnetisch miteinander koppeln. Auch bei komplexeren induktiven Bauelementen mit drei oder mehreren modularen Spulenkörpern kann die mechanische Stabilität gewährleistet werden, so dass insbesondere der Aufbau mit komplexen Kerngeometrien und Wicklungen ermöglicht wird, wobei insgesamt eine Bauweise mit geringem und angepasstem Bauvolumen verwirklicht werden kann.
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Weitere Merkmale und Ausführungsformen gehen auch aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie aus den Patentansprüchen hervor. Es werden nun weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1a schematisch eine perspektivische Ansicht eines ersten Spulenkörpermoduls gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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1b eine Vorderansicht des Spulenkörpermoduls aus 1a zeigt;
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1c eine Draufsicht des Spulenkörpermoduls aus 1a zeigt;
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1d, 1e und 1f eine perspektivische Ansicht, eine Rückansicht und eine Draufsicht eines weiteren Spulenkörpermoduls, das komplementär zu dem Spulenkörpermodul aus 1a ist, zeigen;
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1g eine perspektivische Ansicht des Spulenkörpermoduls zeigt, wobei eine Befestigungsvorrichtung gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detaillierter dargestellt ist;
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1h schematisch eine Draufsicht aus einer Anordnung aus mehreren Spulenkörpermodulen zeigt, die zur Anordnung komplexer induktiver Bauelemente gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet sind; und
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2a und 2b schematisch Draufsichten induktiver Bauelemente mit entsprechenden Spulenkörpermodulen gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
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1a zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Spulenkörpermoduls 100a gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Spulenkörpermodul 100a weist einen Wickelraum 101 auf, der zur Aufnahme einer oder mehreren geeigneten Wicklungen in Form von Spulendrähten, Folienwicklungen, und dergleichen ausgebildet ist. Der Wickelraum 101 definiert eine Längsachse 102, die üblicherweise so orientiert ist, dass auch eine Längsrichtung einer durch in dem Wickelraum aufgebrachten Wicklung definierten Spule, d. h. die Richtung eines magnetischen Flusses im Wesentlichen festgelegt ist. Des weiteren sind durch die Längsachse 102 zwei weitere dazu senkrechte Achsen 103 und 104 definiert, die in der dargestellten Ausführungsform auch als Achsen in Richtung der Höhe bzw. in Richtung der Breite des Spulenkörpermoduls 100a verstanden werden können. In der dargestellten Ausführungsform ist das Spulenkörpermodul 100a so ausgelegt, dass in der Höhe, d. h. entlang der Achse 103, eine relativ geringe Bauhöhe erreicht wird, so dass sich ein aus dem Spulenkörpermodul 100a aufgebautes induktives Bauelement vorteilhaft in einem Endgerät installieren lässt, in dem nur eine geringe Einbauhöhe vorgegeben ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die jeweilige Konfiguration, d. h. das Verhältnis der einzelnen Abmessungen in Richtung der Längsachse 102, der Höhenachse 103 und der Breitenachse 104 in beliebiger Weise ausgewählt werden kann, so dass entsprechende Module 100a für viele Anwendungszwecke bereitgestellt werden können. In ähnlicher Weise kann auch die Gesamtgröße des Spulenkörpermoduls 100a in einer der Anwendungen angepassten Weise vorgegeben werden, so dass entsprechende Modulgrößen den jeweiligen benötigten Kernvolumina entsprechender magnetischer Kerne angepasst werden können. Das Spulenkörpermodul 100a kann daher für eine Vielzahl von induktiven Bauelementen, etwa Stabkerndrosseln, Entstördrosseln mit U-Kernen, Transformatoren mit einer beliebigen Anzahl an Sekundär- und Primärwicklungen mit entsprechenden Kernformen, Speicherdrosseln, und dergleichen über ein großes Leistungsspektrum hinweg verwendet werden. Beispielsweise können entsprechende Bauelemente im Leistungsbereich von einigen Watt bis einige Kilowatt mit entsprechend ausgestalteten Modulen 100a aufgebaut werden, wobei sich, wie zuvor erläutert wurde, die Baugröße auch durch die angestrebte Betriebsfrequenz und das Schaltungskonzept des entsprechenden Endgeräts bestimmt.
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Ferner umfasst das Spulenkörpermodul 100a eine Befestigungsvorrichtung 105, die so ausgebildet ist, dass bei mechanischer Ankopplung eines weiteren Spulenkörpermoduls, wie es beispielsweise nachfolgend mit Bezug zu 1d beschrieben wird, eine mechanische Fixierung des Systems entlang der drei Achsen 102, 103 und 104 gegeben ist. In diesem Zusammenhang soll der Begriff mechanische Fixierung so verstanden werden, dass ein mechanisches Ankoppeln und Abkoppeln eines weiteren entsprechend angepassten Spulenkörpermoduls an das Modul 100a ohne mechanische Änderung des Spulenkörpermoduls 100a möglich ist und bei Ausübung einer Kraft entlang jeder der drei Achsen 102, 103 und 104 eine Relativbewegung der beiden gekoppelten Module im Wesentlichen vermieden wird, so dass insgesamt das gekoppelte System als eine mechanische Einheit unter im Wesentlichen Beibehaltung der entsprechenden mechanischen Abmessungen des gekoppelten Systems verstanden werden kann. In einer anschaulichen Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung 105 ein oder mehrere Eingriffselemente auf, wobei in einer speziellen Ausführungsform ein erstes Eingriffselemente 105a und ein zweites Eingriffselemente 105b vorgesehen sind. Ferner umfasst die Befestigungsvorrichtung 105 in einer anschaulichen Ausführungsform eine oder mehrere Eingriffsöffnungen, wobei in der dargestellten Ausführungsform eine erstes Eingriffsöffnung 105c und eine zweite Eingriffsöffnung 105d vorgesehen sind. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, ist eine entsprechende Befestigungsvorrichtung eines komplementären Spulenkörpermoduls, wie es beispielsweise nachfolgend mit 1d beschrieben ist, komplementär zur Befestigungsvorrichtung 105 aufgebaut, so dass die entsprechenden Eingriffselemente 105a, 105b in entsprechende Eingriffsöffnungen 105c, 105d des weiteren Spulenkörpermoduls eingreifen, so dass die mechanische Fixierung entlang zumindest der drei Achsen 102, 103 und 104 erreicht wird. Die Befestigungseinrichtung 105, die nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird, ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform, d. h. die Eingriffselemente 105a, 105b und die Eingriffsöffnungen 105c, 105d eingeschränkt. In anderen Ausführungsformen können weitere entsprechende Eingriffsöffnungen und Eingriffselemente vorgesehen sein, wenn dies für eine höhere mechanische Stabilisierung gewünscht ist. Beispielsweise können für Spulenkörpermodule 100a, die für Anwendungen mit höheren Leistungen vorgesehen sind, eine größere Anzahl entsprechender Eingriffskomponenten 105a, ..., 105d vorgesehen werden, um damit die Belastung bei mechanischer Beaufschlagung der einzelnen Komponenten zu reduzieren, so dass auch bei der Montage größerer induktiver Bauelemente die erforderliche Beibehaltung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften gegeben ist.
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Ferner ist in der dargestellten Ausführungsform die Befestigungsvorrichtung 105 so ausgebildet, dass eine mechanische Ankopplung und Ankopplung eines weiteren Spulenkörpermoduls ohne bewegliche Komponenten in der Befestigungsvorrichtung möglich ist. In anderen Ausführungsformen kann die Befestigungsvorrichtung entsprechend bewegliche Elemente aufweisen, um beispielsweise die Position einzelner Komponenten der Befestigungsvorrichtung 105 nach erfolgter Montage zu sichern. Ferner ist zu berücksichtigen, dass in der dargestellten Ausführungsform die Ankopplung eines weiteren Spulenkörpermoduls an das Modul 100a entlang der Richtung 104 stattfindet, wobei das Spulenkörpermodul 100a ein „Endmodul” repräsentiert, so dass an entsprechenden Stirnflächen auf der gegenüberliegenden Seite der Befestigungsvorrichtung 105 in Bezug auf die Achse 104 keine weiteren Ankopplungsmöglichkeiten vorgesehen sind. In anderen Ausführungsformen, wie dies auch nachfolgend beschrieben ist, kann eine entsprechende Ankopplung auch auf zwei oder mehr Seiten des Moduls 100a vorgesehen sein, so dass zumindest entlang einer Achse, beispielsweise der Achse 104 eine Kopplung von mehr als zwei Spulenkörpermodulen möglich ist.
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In weiteren Ausführungsformen umfasst das Spulenkörpermodul 100a eine Anschlusseinrichtung 106, die geeignete Anschlussbereiche 106a aufweist, so dass ein oder mehrere Leiter einer oder mehrerer Wicklungen in dem Wickelraum 101 mit externen Komponenten verbunden werden können. In der gezeigten Ausführungsform sind die Anschlussbereiche 106a als Anschlussstifte vorgesehen, während in anderen Ausführungsformen, wie dies nachfolgend auch gezeigt ist, entsprechende Kontaktflächen zur Oberflächenmontage (SMD) vorgesehen sein können. In der dargestellten Ausführungsform ist die Anschlusseinrichtung 106 so ausgebildet, dass daran entsprechende Komponenten, d. h. in der gezeigten Ausführungsform die Eingriffselemente 105a, 105b sowie die Eingriffsöffnungen 105c, 105d in entsprechenden Flächen der Anschlusseinrichtung 106 ausgebildet sind. Des weiteren wird durch die Anschlusseinrichtung 106 ein Kernaufnahmevolumen 106b gebildet, das in einigen anschaulichen Ausführungsformen so vorgesehen ist, dass ein für das Spulenkörpermodul 100a vorgesehener Kern mit seinem Bereich, der nicht von dem Wickelraum 101 umschlossen ist, im Wesentlichen vollständig in dem entsprechenden Kernaufnahmevolumen 106b aufgenommen ist. Auf diese Weise kann somit eine hohe Isolationsfestigkeit zwischen elektrischen Leitungen im Wickelraum 101, den Anschlussbereichen 106a und einem entsprechenden in dem Kernaufnahmevolumen 106b liegenden Kernteil erreicht werden. Ferner ist in der dargestellten Ausführungsform der entsprechende im Kernaufnahmevolumen 106 vorhandene Anteil des magnetischen Kernes von drei Seiten durch das Material des Anschlussbereichs 106 umgeben, so dass zusätzlich zu einer guten mechanischen Fixierung auch ein zuverlässiger Schutz vor Beschädigung während der weiteren Montage des Spulenkörpermoduls 100a gegeben ist. Ferner können in dem Anschlussbereich, wie gezeigt, entsprechende Abstandshalter 107 vorgesehen sein, so dass sich mit diesen Abstandshaltern 107 eine fest definierte Einbauhöhe konstruktiv festlegen lässt. Damit können insbesondere bei kritischen Anwendungen, in denen das Spulenkörpermodul 100a für ein induktives Bauelement vorgesehen ist, das bei hohen Frequenzen und/oder hohen Spannungen und/oder hohen Strömen verwendet wird, eine durch den Einbau des entsprechenden induktiven Bauelements auftretende Toleranzen das endgültige Funktionsverhalten nicht wesentlich nachteilig beeinflussen. D. h., mit den gezeigten Abstandshaltern 107 kann der Abstand zu einer Leiterplatte durch konstruktive Maßnahmen festgelegt werden, bei denen äußert geringe Fertigungstoleranzen auftreten, so dass ein einheitliches Funktionsverhalten des Bauelements gewährleistet ist. In einigen Ausführungsformen können die Abstandshalter 107 so ausgeführt sein, dass sich unterschiedliche Abstände auch noch während der Montage eines entsprechenden Bauelements einstellen lassen. Dazu können beispielsweise entsprechende Sollbruchstellen 107a vorgesehen werden, die dann bei Bedarf zur Kürzung der Abstandshalter 107 verwendet werden können. Damit kann auch bei einer Änderung, beispielsweise der Betriebsfrequenz entsprechender Elektronikschaltungen, einer Änderung der Leiterbahnführung, und dergleichen eine geeignete Anpassung erfolgen, ohne dass neue Spulenkörpermodule 100a gefertigt werden müssen.
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Ferner weist in einer anschaulichen Ausführungsform das Spulenkörpermodul 100a ein Trennelement 108 auf, das an einer geeigneten Stelle vorgesehen ist, so dass sich beispielsweise die Isolationseigenschaften oder der machanische Aufbau entsprechender Wicklungen verbessern lässt. Das Trennelement 108 kann dabei in einigen Ausführungsformen mit einer geeigneten Höhe vorgesehen sein, so dass sich das Element 108 auch gleichzeitig als Überwachungselement für die in dem Wickelraum 101 aufzubringende Wicklung dienen kann. D. h., das Trennelement 108 kann eine maximal tolerierbare Höhe einer in dem Wickelraum 101 aufzubringenden Wicklung angeben, so dass eine rasche und effiziente Prüfung der Wicklungshöhe und damit auch eines geforderten Isolationsabstandes möglich ist.
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1b zeigt schematisch eine Vorderansicht, d. h. eine Ansicht entlang der Achse 104. In der dargestellten Ausführungsform weisen die entsprechenden Eingriffsöffnungen 105d und 105c eine unterschiedliche Tiefe auf, wobei beispielsweise die Tiefe der Eingriffsöffnung 105d der Materialstärke einer entsprechenden Fläche der Anschlusseinrichtung 106 entspricht. Die entsprechende Tiefe der Öffnung 105d ist mit D bezeichnet, während die entsprechende Tiefe der Öffnung 105c mit C bezeichnet ist. Durch das entsprechende Vorsehen einer größeren Tiefe für die Eingriffsöffnung 105c kann bei Ankopplung eines entsprechenden Eingriffselement eine hohe mechanische Stabilität auch im Hinblick auf eine Verwindung des gekoppelten Spulenkörpersystems erreicht werden. Ferner ist ersichtlich, dass entlang der Längsachse 103 die Eingriffsöffnungen 105d, 105c mit Abstand angeordnet sind, so dass sich zum einen entsprechende Eingriffselemente durch eine angewinkelte Stellung der beiden Spulenkörpermodule zueinander und eine anschließende Drehbewegung einfacher einführen lassen und des weiteren eine verbesserte mechanische Stabilität gegen Verwindung eines gekoppelten Spulenkörpersystems erreicht wird. In einigen Ausführungsformen hat die Tiefe D der Öffnung 105d einen Wert von 1 bis 5 mm, abhängig von der erforderlichen Baugröße des Spulenkörpermoduls 100a. Die entsprechende Tiefe C beträgt somit ungefähr 5 bis 15 mm, wobei anzumerken ist, dass auch andere Maße eingesetzt werden können, abhängig von der Härte des Materials, der Anzahl der entsprechenden Eingriffselemente und Eingriffsöffnungen, und dergleichen. In ähnlicher Weise gilt für die Eingriffselemente 105a, 105b, dass diese ebenso entlang der Achse 102 mit Abstand vorgesehen sind, d. h. also versetzt sind, und die entsprechenden Höhen B bzw. A ebenso unterschiedlich und an die jeweiligen Eingrifföffnungen 105c, 105d in einem weiteren Spulenkörpermodul angepasst sind, um damit die zuvor beschriebenen Eigenschaften zu erreichen.
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1c zeigt schematisch das Spulenkörpermodul 100a in einer Draufsicht, d. h. in einer Ansicht entlang der Achse 103. Hier ist der Abstand entlang der Längsachse 102, der als 102d bezeichnet ist, zwischen den Eingriffselementen 105a, 105b dargestellt, der in analoger Weise auch für die entsprechenden Eingriffsöffnungen 105d und 105c ausgebildet ist.
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1d zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Spulenkörpermoduls 100b, das im Hinblick auf die entsprechende Befestigungsvorrichtung 105 komplementär zu dem Modul 100a ausgebildet ist, so dass eine mechanische Kopplung zwischen diesen beiden Modulen erfolgen kann. In ähnlicher Weise umfasst auch das Modul 100b einen Wickelraum 101, der nicht notwendigerweise identisch zu dem Wickelraum 101 des Moduls 100a ausgebildet sein muss, wenn andere Arten von Wicklungen auf dem Modul 100b aufzubringen sind. Beispielsweise kann in dem Wickelraum 101 ein entsprechendes Trennelement fehlen oder es können andere Arten von Trennelementen vorgesehen sein. Des weiteren können die Abmessungen, beispielsweise im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Wickelraum, und dergleichen unterschiedlich sein, wenn dies für das entsprechende induktive Bauteil erforderlich ist. Ferner sind entsprechende Eingriffselemente 105a, 105b vorgesehen, die komplementär zu den entsprechenden Eingriffsöffnungen 105c und 105d des Spulenkörpermoduls 100a sind. Ferner ist eine entsprechende Anschlusseinrichtung 106 vorgesehen, die sich von der entsprechenden Anschlusseinrichtung 106 des Moduls 100a unterscheiden kann, sofern unterschiedliche Anschlussbelegungen und dergleichen erforderlich sind. Zu beachten ist, dass somit die Spulenkörpermodule 100a, 100b im Hinblick auf die entsprechenden Befestigungsvorrichtungen 105 komplementär zueinander sind, andere Eigenschaften jedoch symmetrisch oder komplementär vorgesehen werden können. D. h., Abmessungen, Ausführungsarten, und dergleichen des Wickelraums 101, der Anschlusseinrichtung 106 können sich jeweils voneinander unterscheiden, so dass die entsprechenden Eigenschaften im Hinblick auf ein durch die Spulenkörpermodule 100a und 100b aufzubauendes induktives Element komplementär sind. In anderen Ausführungsformen können die entsprechenden Abmessungen und andere Eigenschaften im Wesentlichen symmetrisch vorgegeben werden.
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1e zeigt schematisch eine Rückansicht des Moduls 100b, wobei in dieser Ausführungsform keine Befestigungsvorrichtung an der Rückseite angebracht ist, so dass ein System aus dem Modul 100a und 100b ein zweikomponentiges Spulenkörpermodul bilden, ohne dass weitere Ankopplungsmöglichkeiten für zusätzliche Module vorgesehen sind.
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1f zeigt schematisch eine Draufsicht des Moduls 100b, wobei die Befestigungsvorrichtung 105 in Form der zu den entsprechenden Komponenten der Befestigungsvorrichtung 105 des Moduls 100a komplementären Eingriffselemente 105a, 105b sowie die Eingriffsöfnung 105c dargestellt sind.
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1g zeigt in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht das Spulenkörpermodul 100a, in der die Eingriffsöffnungen 105c, 105d gemäß einer anschaulichen Ausführungsform detaillierter dargestellt sind. Die Eingriffsöffnung 105c, die eine größere Tiefe aufweist als die Eingriffsöffnung 105d, besitzt Seitenflächen 105s, die als entsprechende Anlagenflächen für das komplementäre Eingriffselement 105a des Spulenkörpermoduls 100b dienen. Auf Grund der ausgeprägten Tiefe und der Seitenflächen 105s wird zum einen eine Relativbewegung entlang der Achsen 102 und 104 in beiden Richtungen, d. h. entlang der Achse 102 in positiver und negativer Richtung und entlang der Achse 104 in positiver und negativer Richtung verhindert. Ferner besitzt die Eingriffsöffnung 105c eine Bodenfläche 105u, so dass das entsprechende Eingriffselement 105a des Moduls 100b darauf aufliegen kann und eine Bewegung in einer Richtung, beispielsweise abwärts, entlang der Achse 103 verhindern kann. Bei Ankopplung der beiden Spulenkörpermodule 100a, 100b liefern dann die entsprechenden Bodenflächen 105u der jeweils komplementären Eingriffsöffnungen sodann auch eine Verriegelung im Hinblick auf die Höhenrichtung 103, da dann jeweils eine Kombination aus einer Eintrittsöffnung 105c und einem Eingriffselement 105a die Bewegung in positiver Richtung der Höhenachse 103 verhindert und das andere Paar die negative Bewegung entlang der Höhenachse 103 verhindert. Auf diese Weise wird eine hohe mechanische Stabilität entlang der Achsen 102, 103 und 104 erreicht. Des weiteren weist auch die Eingriffsöffnung 105d entsprechende Seitenflächen 105s auf, die ebenso eine laterale Relativbewegung der beiden gekoppelten Spulenkörpermodule 100a, 100b verhindern, während eine Aufwärts/Abwärtsbewegung auf Grund einer fehlenden Bodenfläche ermöglich wird. Auf Grund dieser Ausbildung kann durch eine gekippte Relativstellung der beiden Module 100a, 100b und durch eine entsprechende Drehbewegung eine Kopplung erfolgen, die dann zu einer entsprechenden mechanischen Verbindung mit hoher Stabilität eine Verwindung des gekoppelten Systems führt. Zu beachten ist, dass die in den bisher gezeigten Ausführungsformen beschriebenen geometrischen Formen der entsprechenden Eingriffsöffnungen 105c, 105d und der entsprechenden komplementären Eingriffselemente 105a, 105c im Wesentlichen rund sind, wobei eine Verjüngung an der Vorderseite vorgesehen ist. Es können jedoch auch andere geometrische Formen zu diesem Zweck eingesetzt werden, beispielsweise können eckige Formen die Kreisform ersetzen, oder es können pfeilförmige, trapezförmige oder beliebig andere geometrische Formgebungen eingesetzt werden.
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1h zeigt schematisch eine Draufsicht auf mehrere Spulenkörpermodule, wobei beispielsweise zusätzlich zu den Modulen 100a, 100b, die als „Endmodule” ausgebildet sein können, wie dies zuvor mit Bezug zu den 1a und 1b gezeigt ist, ein weiteres Spulenkörpermodul 100c vorgesehen ist, das eine Ankopplung der Module 100a und 100b erlaubt. Zu diesem Zweck ist in dem Modul 100c die Befestigungsvorrichtung 105 in geeigneter Weise komplementär zu den jeweiligen Befestigungsvorrichtungen 105 der Module 100b und 100a ausgebildet, so dass eine Ankopplung erfolgen kann. Im Hinblick auf die einzelnen Komponenten der Befestigungsvorrichtung 105 des Moduls 100c gelten die gleichen Anmerkungen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Modulen 100a und 100b angeführt wurden. Ferner ist in der dargestellten Ausführungsform die Anschlusseinrichtung 106 der einzelnen Module in Form von Anschlussflächen 106a vorgesehen, die ein entsprechendes Rastermaß aufweisen können, dass es kompatibel ist mit entsprechenden Anschluss- bzw. Lötflächen auf einer Platine, um damit eine oberflächenmontierte Konfiguration (SMD) zu ermöglichen. Die Anschlussflächen 106a sind dabei in geeigneter Weise mit Kontaktbereichen (nicht gezeigt) ausgestattet, so dass eine Ankopplung eines Wicklungsleiters mit der jeweiligen Anschlussfläche 106a gewährleistet ist.
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2a zeigt schematisch in einer Draufsicht ein induktives Bauelement 250, das in der dargestellten Ausführungsform ein erstes Spulenkörpermodul 200a und ein zweites Spulenkörpermodul 200b aufweist. Die Spulenkörpermodule 200a, 200b umfassen jeweils einen Wickelraum 201 zum Aufbringen jeweils mindestens einer Wicklung in dem entsprechenden Wickelraum 201, sowie eine entsprechende Befestigungsvorrichtung, die eine mechanische Fixierung der beiden Spulenkörpermodule 200a, 200b gewährleistet, wie dies auch zuvor in Bezug auf die Spulenkörpermodule 100a, 100b und 100c beschrieben ist. Beispielsweise weisen die Befestigungsvorrichtungen 205 entsprechende komplementäre Eingriffsöffnungen 205c und dazu komplementäre Eingriffselemente 205a auf, die in ähnlicher Weise ausgebildet sind, wie dies zuvor in Bezug auf die Komponenten 105a und 105c beschrieben ist. Ferner können entsprechende weitere Eingriffselemente und Öffnungen (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die in ähnlicher Weise wie die entsprechenden Elemente 105b und 105d ausgebildet sind. Ferner ist eine erste Wicklung 251 in dem Spulenkörpermodul 200a vorgesehen und eine zweite Wicklung 252 ist auf dem Spulenkörpermodul 200b vorgesehen. Die Wicklungen 251, 252 sind in einer Ausführungsform galvanisch entkoppelte Wicklungen, so dass das induktive Bauelement 250 eine Stromentstördrossel, einen Transformator, oder anderes induktives Bauelement mit mindestens zwei galvanisch entkoppelten Wicklungen repräsentieren kann. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Wicklungen 251, 252 auch galvanisch durch entsprechende Verbindungen in den jeweiligen Anschlusseinrichtungen (nicht gezeigt) verbunden werden können, wie dies für das elektrische Verhalten des Bauelements 250 erforderlich ist. Ferner können die Wicklungen 251, 252 unterschiedlich zueinander sein im Hinblick auf die Windungszahlen, die Art der verwendeten Leitermaterialien, und dergleichen. Ferner umfasst das Bauelement 250 einen magnetischen Kern 253, der beispielsweise als zwei komplementäre U-Kernhälften, als ein U-I-Kern, oder dergleichen vorgesehen sein kann. Des weiteren kann der Kern 253 eine geeignete magnetische Konfiguration aufweisen, beispielsweise kann ein Luftspalt vorgesehen sein, oder der Kern kann einen im Wesentlichen geschlossenen Kern repräsentieren. Beispielsweise können für die Spulenkörpermodule 200a, 200b entsprechend flach gebaute Module verwendet werden, wie sie beispielsweise mit Bezug zu den 1a bis 1h beschrieben sind, so dass sich insgesamt eine äußerst geringe Bauhöhe für das Bauelement 250 ergibt. Es sollte jedoch beachtet werden, wie dies auch zuvor beschrieben ist, dass die Spulenkörpermodule 200a, 200b eine beliebige für den betrachteten Anwendungsfall geeignete Form aufweisen können, so dass eine flexible Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse in dem entsprechenden Endgerät gegeben ist.
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Das induktive Bauelement 250 kann in sehr flexibler Weise hergestellt werden, da zunächst die Spulenkörpermodule 200a, 200b in jeweils separaten Arbeitsgängen in geeigneter Weise bewickelt werden können, wobei voneinander völlig unabhängige Bearbeitungsmaschinen, Materialien, und Bewicklungskonzepte und Strategien eingesetzt werden können. Nach erfolgter Bewicklung der entsprechenden Spulenkörpermodule 200a, 200b kann eine getrennte Prüfung der jeweiligen Module erfolgen, beispielsweise im Hinblick auf Wicklungshöhe, Funktionsfähigkeit der Anschlüsse, und dergleichen. Die einzelnen Module können dann in einfacher Weise zusammengefügt werden und bilden daraufhin auf Grund der Befestigungsvorrichtung 205 eine stabile mechanische Einheit, wie sie in 2a gezeigt ist. In diesem Zustand kann eine Prüfung, beispielsweise im Hinblick auf einen geforderten Isolationsabstand 254 der beiden Wicklungen 251, 252 erfolgen, wobei eine Prüfung des Isolationsabstandes 254 in dieser Phase der Montage zuverlässig ist, da auf Grund der Bauweise der Module 200a, 200b eine hohe mechanische Stabilität auch während der weiteren Bearbeitung des Bauelements 200 gewährleistet ist. Somit ist der Isolationsabstand 254 durch konstruktive Maßnahmen der Module 200a, 200b und durch die individuellen Bewicklungsvorgänge für die Aufbringung der Wicklungen 251 und 252 bestimmt. Auf Grund der einfacheren und effizienteren Bewicklungsmöglichkeit einzelner Spulenkörpermodule lässt sich in der Regel eine deutlich geringere Toleranz in der Höhe der Wicklungen 251, 252 erreichen, so dass nach der Montage der Module 200a, 200b ein höherer Anteil an Bauelementen 250 erhalten werden kann, die die Spezifizierung hinsichtlich des Isolationsabstands 254 erfüllen. In ähnliche Weise kann das Bauelement 250 auch im Hinblick auf andere Eigenschaften geprüft werden, beispielsweise die Qualität der Anschlussverbindungen, so dass ggf. die Prüfung der individuellen Module 200a, 200b nach Bewicklung entfallen kann, wodurch ggf. die Effizienz des Montage- und Prüfvorgangs verbessert werden kann. Vor oder nach der Prüfung des Isolationsabstands 254 kann dann der Kern 253 eingeführt werden, wobei dann auch eine entsprechende Einstellung eines Luftspaltes, etc. vorgenommen werden kann. In einigen anschaulichen Ausführungsformen können so dann Bereiche des Bauelements 250 vergossen oder umspritzt werden, um damit eine größere Stabilität zu erreichen. Dabei wird im Wesentlichen die Konfiguration des Bauelements 250 beibehalten, da die hohe mechanische Stabilität durch die Module 200a, 200b eine relative Positionsänderung während des Umspritzens oder Vergießens im Wesentlichen verhindert. Auch ohne eine weitere mechanische Fixierung durch Umspritzung oder Vergießung kann das Bauelement 250 sodann in äußerst zuverlässiger Weise verarbeitet werden, d. h. auf eine entsprechende Leiterplatte aufgebracht werden, da bei der Montage die mechanische Konfiguration des Bauelements 250 im Wesentlichen bewahrt bleibt. Dabei ergibt sich auf Grund der Abstandshalter, wie sie zuvor mit Bezug zu den Modulen 100a und 100b beschrieben wurden, die Möglichkeit den Abstand zur Leiterplatte in sehr flexibler Weise der Anwendung entsprechend anzupassen.
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2b zeigt schematisch eine Draufsicht auf das induktive Bauelement 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, in denen mehrere Module 200a, 200b und 200c zu einer komplexeren Einheit zusammengefasst werden. Dazu weist beispielsweise das Modul 200c eine entsprechende Befestigungsvorrichtung 205, die das Ankoppeln der beiden Module 200a und 200b ermöglicht, wie dies auch zuvor beschrieben ist. Ferner kann das Modul 200c auch eine entsprechende Wicklung 255 in seinem Wickelraum aufweisen, so dass insgesamt ein sehr komplexes induktives Bauelement hergestellt werden kann, bei welchem ein hohes Maß an Isolationssicherheit zwischen den einzelnen Wicklungen 251, 252 und 255 erforderlich ist. Wie zuvor beschrieben ist, können auch in dieser Ausführungsform die einzelnen Module 200a, 200b, 200c einzeln und unabhängig voneinander bewickelt und ggf. geprüft werden, und können dann zusammengefügt werden. Nach dem Zusammenfügen kann beispielsweise der Isolationsabstand geprüft werden und bei einer Nichteinhaltung des geforderten Sollwertbereichs kann dann wieder eine mechanische Entkopplung einer oder mehrerer Module erfolgen, wobei nicht notwendigerweise das vollständige Bauelement 250 entsorgt werden muss. Beispielsweise kann beim Erkennen eines zulässigen Isolationsabstandes zwischen den Wicklungen 252 und 255 und beim Auftreten eines unzulässigen Isolationsabstandes zwischen den Wicklungen 255 und 251 eine Abtrennung des Moduls 200a und eine Ersetzung durch ein anderes Modul 200a erfolgen, ohne dass die beiden anderen Module 200c, 200b davon betroffen sind. Auf diese Weise lässt sich ein sehr effizienter Montagevorgang mit geringem Ausschuss erreichen.