DE102007060556A1

DE102007060556A1 - Übertragungseinheit

Info

Publication number: DE102007060556A1
Application number: DE200710060556
Authority: DE
Inventors: Markus WÖHRLE; Michael Warnking
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-06-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungseinheit (1) zur Übertragung von elektrischer Energie und/oder Informationen zwischen einer Primärseite (2) und einer Sekundärseite (3), mit einem Grundkörper (8), mit einem primärseitigen elektrischen Leiter (4), welcher in einem Wickelbereich auf dem Grundkörper (8) aufgewickelt ist und welcher mit einem elektrischen Anschluss (9) auf der Primärseite (2) verbunden ist, mit einem sekundärseitigen elektrischen Leiter (5, 6), welcher in einem Wickelbereich auf dem Grundkörper (8) aufgewickelt ist und welcher mit einem elektrischen Anschluss (10) auf der Sekundärseite (2) verbunden ist. Die Erfindung beinhaltet, dass der Grundkörper (8) ringförmig ausgestaltet ist, und dass der primärseitige elektrische Leiter (4) und der sekundärseitige elektrische Leiter (5, 6) auf der Oberfläche des Grundkörpers (8) derartig aufgewickelt sind, dass es sich bei den Wickelbereichen des primärseitigen elektrischen Leiters (4) und des sekundärseitigen elektrischen Leiters (5, 6) um unterschiedliche Wickelbereiche des Grundkörpers (8) handelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungseinheit zur Übertragung von elektrischer Energie und/oder Informationen zwischen einer Primärseite und einer Sekundärseite, mit mindestens einem Grundkörper, mit mindestens einem primärseitigen elektrischen Leiter, welcher in einem Wickelbereich auf dem Grundkörper aufgewickelt ist und welcher mit mindestens einem elektrischen Anschluss auf der Primärseite verbunden ist, mit mindestens einem sekundärseitigen elektrischen Leiter, welcher in einem Wickelbereich auf dem Grundkörper aufgewickelt ist und welcher mit mindestens einem elektrischen Anschluss auf der Sekundärseite verbunden ist.
In der modernen Prozess- und Automatisierungstechnik tritt häufig der Fall auf, dass ein Übergang zwischen einer explosionsgefährdeten Zone und einer nicht-explosionsgefährdeten Zone stattfindet. Hierbei werden relativ oft Transformatoren zur Energieübertragung bzw. zur Übertragung von Daten verwendet. Somit ist es auch insbesondere erforderlich, dass eine entsprechende Schnittstelle bereitgestellt wird, über welche die Übertragung stattfindet und welche als galvanische Trennung ausgestaltet ist. Dabei müssen die relevanten Bauteile insbesondere den Anforderungen der Explosionsschutzart „i" Eigensicherheit genügen. Meist werden Übertrager mit einer E-Kern-Bauform verwendet. Dabei werden die einzelnen Wicklungen im Allgemeinen für die eigensicheren und nicht-eigensicheren Anschlüsse übereinander gewickelt, was mit einem relativ großen Platzbedarf einhergeht. Insbesondere müssen zwischen den Wicklungen und den jeweiligen Anschlüssen die Anforderungen für die Explosionsschutzart „i" Eigensicherheit in Bezug auf Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden. Dabei müssen insbesondere Abstände in Bezug auf eine feste Isolation erzeugt werden. Beispielsweise ist es auch darauf zu achten, dass eine Temperatursicherung auf der nicht-eigensicheren Seite vorgesehen ist. Um die entsprechenden Anforderungen erfüllen zu können, ist es in den meisten Fällen erforderlich, dass ein relativ großer E-Kern Verwendung findet, was mit erhöhtem Platzbedarf und erhöhten Kosten einhergeht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schnittstelle für eine galvanische Trennung vorzuschlagen, welche einen möglichst geringen Platzbedarf und möglichst geringe Kosten verursacht.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Grundkörper im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet ist, und dass der primärseitige elektrische Leiter und der mindestens eine sekundärseitige elektrische Leiter auf der Oberfläche des Grundkörpers derartig aufgewickelt sind, dass es sich bei den Wickelbereichen des primärseitigen elektrischen Leiters und des mindestens einen sekundärseitigen elektrischen Leiters im Wesentlichen um unterschiedliche Winkelbereiche des Grundkörpers handelt. Die elektrischen Leiter sind dabei vorzugsweise derartig gewickelt, dass sie wiederholt durch das Loch des ringförmigen Grundkörpers bzw. des Kerns hindurchgeführt werden und dass die Winkelbereiche sich jeweils auf Winkel relativ zum Mittelpunkt des Ringes beziehen. Mit anderen Worten: Die elektrischen Leiter, bei welchen es sich beispielsweise um Drähte handelt, sind nebeneinander auf dem Ring aufgewickelt. Die Primär- und Sekundärseite beziehen sich dabei vorzugsweise auf explosions- bzw. nicht-explosionsgefährdete Seiten beispielsweise einer Prozessanlage. Die Übertragungseinheit dient dabei beispielsweise der Übertragung von Energie bzw. Leistung für ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik. Ein Vorteil besteht beispielsweise darin, dass in Abhängigkeit vom jeweils erforderlichen Wicklungsbereich und dem damit einhergehenden Winkelbereich beliebig viele Leiter auf dem Ring aufgebracht werden können und dass somit auf der Sekundär- bzw. Primärseite jeweils mehrere Anschlüsse bereitgestellt werden können, ohne dass es zu einem deutlich erhöhten Platzbedarf kommt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Koppelverhältnis zwischen den Wicklungen durch das Nebeneinanderliegen verbessert ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens zwei sekundärseitige elektrische Leiter vorgesehen sind, welche in jeweils einem Wickelbereich auf dem Grundkörper aufgewickelt sind und welche jeweils mit mindestens einem elektrischen Anschluss auf der Sekundärseite verbunden sind, wobei es sich bei den Wickelbereichen im Wesentlichen um unterschiedliche Winkelbereiche des Grundkörpers handelt. Auf der Sekundärseite sind somit zumindest zwei Datenkanäle oder Feldgeräte vorhanden, die von der Primärseite mit Energie bzw. Daten versorgt werden und welche an die Primärseite Informationen oder Leistung übertragen. Über den Anschluss findet jeweils die elektrische Kontaktierung bzw. der Abgriff statt.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der Grundkörper mindestens einen Ferritkern aufweist. Ein Ferritkern handelt es sich beispielsweise um einen Mangan-Zink-Kern zur Leistungsübertragung.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens zwei Halbschalen vorgesehen sind, welche den Ferritkern umfassen. Die Halbschalen bestehen vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material, welches für das Wellen- und/oder das Reflowlötverfahren verwendet werden kann.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens der Wickelbereich des mindestens einen primärseitigen elektrischen Leiters und mindestens ein Wickelbereich eines sekundärseitigen Leiters galvanisch getrennt sind. Durch diese Ausgestaltung wird die galvanische Trennung zwischen der Primär- und Sekundärseite umgesetzt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Wickelbereiche der sekundärseitigen Leiter galvanisch getrennt sind. Durch diese Ausgestaltung ist auch eine galvanische Trennung zwischen den beiden Kanälen auf der Sekundärseite gegeben.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens ein Lötkontakt vorgesehen ist, mit welchem der primärseitige elektrische Leiter oder der mindestens eine sekundärseitige elektrische Leiter kontaktiert ist, dass der Lötkontakt als elektrischer Anschluss dient, dass mindestens ein Fixierstift vorgesehen ist, und dass der Lötkontakt mit dem Fixierstift elektrisch und/oder mechanisch kontaktiert ist. Solche Lötkontakte dienen dem Anschluss mit den Wicklungen und dienen über die Kontaktierung mit dem jeweiligen Fixierstift der Fixierung beispielsweise auf einer Leiterplatte.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens ein Vergussbecher vorgesehen ist, in welchem sich mindestens der Grundkörper befindet, und dass der Vergussbecher mit einem Vergussmaterial vergossen ist. In dem Vergussbecher befindet sich Grundkörper. Durch den Verguss können die Luft- und Kriechstrecken noch reduziert werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1: einen Schnitt durch eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Übertragungseinheit,
2: einen Schnitt durch eine detaillierte Ausgestaltung der Übertragungseinheit, und
3: eine Übertragungseinheit in Explosionsdarstellung.
Die 1 zeigt schematisch einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Übertragungseinheit 1, bei welcher ein Grundkörper 8 ringförmig ausgestaltet ist. Dieser Grundkörper 8 weist dabei beispielsweise einen Ferritkern auf. Die Übertragungseinheit 1 ist dabei insbesondere in der Art eines Transformators ausgeführt. Auf der Primärseite 2 ist ein Anschluss 9 vorgesehen und auf der Sekundärseite 3 befinden sich zwei Anschlüsse 10. Die Primärseite 2 sei beispielsweise die nicht-explosionsgefährdete Seite, auf welcher sich beispielsweise eine – hier nicht dargestellte – Spannungsquelle oder auch eine Leit- oder Steuerwarte befindet. Die Sekundärseite 3 sei beispielsweise eine explosionsgefährdete Zone, in welcher sich ein Prozess befindet, welcher beispielsweise durch zwei Feldgeräte oder Datenaufzeichnungsgeräte überwacht wird. Für diese beiden Feldgeräte sind beispielsweise die beiden Anschlüsse 10 vorgesehen, über welche sie die notwendige Energie erhalten und über welche sie beispielsweise Messdaten oder damit einhergehende Größe auf die Primärseite 2 übermitteln. Umgekehrt kann die Übertragungseinheit 1 auch dazu verwendet werden, dass Informationen oder Daten von der Primär- 2 auf die Sekundärseite 3 übermittelt werden.
Die Anschlüsse 9 und 10 sind jeweils mit einem elektrischen Leiter 4, 5, 6 verbunden, welche jeweils auf dem Grundkörper 8 der Übertragungseinheit 1 aufgewickelt sind. Die einzelnen Wickelbereiche befinden sich dabei in unterschiedlichen Winkelbereichen des ringförmigen Grundkörpers 8. Dies hat den Vorteil, dass die Schutzmaßnahmen zur Erzeugung der galvanischen Trennung zwischen der Primärseite 2 und der Sekundärseite 3 deutlich einfacher zu realisieren sind, wobei insbesondere ein geringerer Platzbedarf als beispielsweise bei einer Wicklung der unterschiedlichen Anschlüsse übereinander gegeben ist. Die Wicklungen 5, 6 der Sekundärseite 3 befinden sich dabei vorzugsweise auf der gegenüberliegenden Seite zu der, auf welcher sich die Wicklungen 4 der Primärseite 2 befinden.
In der 2 ist ein Schnitt durch den Grundkörper 8 dargestellt. Auf der Primärseite 2 befindet sich ein Wickelbereich 7 und auf der Sekundärseite 3 befinden sich zwei Wickelbereiche 7. Die Winkelabschnitte zwischen den Wickelbereichen 7 sind jeweils so ausgestaltet, dass eine galvanische Trennung zwischen ihnen gegeben ist. Auf der Sekundärseite 3 sind jeweils zwei Lötkontakte 11 mit dem jeweiligen Wickelbereich 7 verbunden. Auf der Primärseite 2 ist der Wickelbereich 7 mit einer Wicklung mit Mittelanzapfung beispielsweise bewickelt und mit drei Lötkontakten 11 verbunden. Über die Lötkontakte 11 ist somit teilweise der jeweilige elektrische Anschluss realisiert.
In der 3 ist eine Übertragungseinheit 1 in Explosionsdarstellung zu sehen. Der Grundkörper 8 weist hier einen Ferritkern 13 auf, welcher von zwei Halbschalen 12 umfasst ist. Auf dieses Halbschalen 12 werden die elektrischen Leiter, z. B. Drähte gewickelt. Die untere Halbschale weist hier die Lötkontakte 11 auf, an welchen die elektrischen Leiter münden und welche jeweils als primär- bzw. sekundärseitiger Anschluss dienen. Die Lötkontakte 11 sind weiterhin mit Fixierstiften 16 verbunden, über welcher die Übertragungseinheit 1 beispielsweise auf einer Leiterplatte befestigt wird. Das Formteil 14 dient als Vergussbecher. Die zusammengebaute Übertragungseinheit 1 mit dem Grundkörper 8 und den aufgebrachten Wicklungen wird bei der Fertigung in das Formteil 14 eingelegt und mit einer entsprechenden Vergussmasse ausgefüllt. Durch diesen Verguss lassen sich dann überdies die Dimensionierungen zwischen Bauteile oder Bestandteile zur Erzeugung der galvanischen Trennung reduzieren.

1: Übertragungseinheit
2: Primärseite
3: Sekundärseite
4: Primärseitiger elektrischer Leiter
5: Sekundärseitiger elektrischer Leiter
6: Sekundärseitiger elektrischer Leiter
7: Wicklungsbereich
8: Grundkörper
9: Primärseitiger Anschluss
10: Sekundärseitiger Anschluss
11: Lötkontakt
12: Halbschale
13: Ferritkern
15: Vergussbecher
16: Fixierstift

Claims

Übertragungseinheit (1) zur Übertragung von elektrischer Energie und/oder Informationen zwischen einer Primärseite (2) und einer Sekundärseite (3), mit mindestens einem Grundkörper (8), mit mindestens einem primärseitigen elektrischen Leiter (4), welcher in einem Wickelbereich auf dem Grundkörper (8) aufgewickelt ist und welcher mit mindestens einem elektrischen Anschluss (9) auf der Primärseite (2) verbunden ist, mit mindestens einem sekundärseitigen elektrischen Leiter (5, 6), welcher in einem Wickelbereich auf dem Grundkörper (8) aufgewickelt ist und welcher mit mindestens einem elektrischen Anschluss (10) auf der Sekundärseite (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (8) im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet ist, und dass der primärseitige elektrische Leiter (4) und der mindestens eine sekundärseitige elektrische Leiter (5, 6) auf der Oberfläche des Grundkörpers (8) derartig aufgewickelt sind, dass es sich bei den Wickelbereichen des primärseitigen elektrischen Leiters (4) und des mindestens einen sekundärseitigen elektrischen Leiters (5, 6) im Wesentlichen um unterschiedliche Winkelbereiche des Grundkörpers (8) handelt.
Übertragungseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei sekundärseitige elektrische Leiter (5, 6) vorgesehen sind, welche in jeweils einem Wickelbereich auf dem Grundkörper (8) aufgewickelt sind und welche jeweils mit mindestens einem elektrischen Anschluss (10) auf der Sekundärseite (2) verbunden sind, wobei es sich bei den Wickelbereichen im Wesentlichen um unterschiedliche Winkelbereiche des Grundkörpers (8) handelt.
Übertragungseinheit (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (8) mindestens einen Ferritkern (13) aufweist.
Übertragungseinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Halbschalen (12) vorgesehen sind, welche den Ferritkern (13) umfassen.
Übertragungseinheit (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Wickelbereich des mindestens einen primärseitigen elektrischen Leiters (4) und mindestens ein Wickelbereich eines sekundärseitigen Leiters (5, 6) galvanisch getrennt sind.
Übertragungseinheit (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelbereiche der sekundärseitigen Leiter (5, 6) galvanisch getrennt sind.
Übertragungseinheit (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lötkontakt (11) vorgesehen ist, mit welchem der primärseitige elektrische Leiter (4) oder der mindestens eine sekundärseitige elektrische Leiter (5, 6) kontaktiert ist, dass der Lötkontakt (11) als elektrischer Anschluss (9, 10) dient, dass mindestens ein Fixierstift (16) vorgesehen ist, und dass der Lötkontakt (11) mit dem Fixierstift (16) elektrisch und/oder mechanisch kontaktiert ist.
Übertragungseinheit (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Vergussbecher (15) vorgesehen ist, in welchem sich mindestens der Grundkörper (8) befindet, und dass der Vergussbecher (15) mit einem Vergussmaterial vergossen ist.