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Die Erfindung betrifft einen Flachtransformator mit einem Ferritkern,
mindestens einer Primärspule und mindestens einer Sekundärspule, die
auf einer Leiterplatte anschließbar sind, und einem Spulenkörper, der
einen Teil des Ferritkerns umschließt und der mindestens eine
Sekundärspule trägt.
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Mit zunehmender Anforderung an die volumenbezogene Leistungsdichte
(VA/in3) einer getakteten Stromversorgung steigen auch die
Anforderungen an ihre induktiven Bauelemente, insbesondere an den oder die
Haupttransformatoren. Daher werden seit ca. 20 Jahren zunehmend
Leiterkartentransformatoren in allen erdenklichen Bauformen, als
separates Bauteil oder in das Mainboard einer Stromversorgung integriert,
eingesetzt.
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Ein Beispiel für einen solchen Leiterkartentransformator ist aus der US 5,010,314
bekannt. Seine Primär- und Sekundärspulen sind auf
Leiterkarten eingeätzt, die in ihrer Mitte eine Ausnehmung aufweisen, so daß
die Leiterkarten übereinander auf den Ferritkern des Transformators
aufgesteckt werden können, wobei zwischen benachbarte Leiterkarten
eine Isolierschicht vorgesehen ist. Die Leiterkarten werden von einem
aus zwei Hälften bestehenden Spulenkörper zusammengehalten, wobei
zwischen den beiden Hälften die Leiterkarte mit der Primärspule sitzt und
die Sekundärwicklungen an den voneinander abgewandten Seiten der
Hälften des Spulenkörpers angeordnet sind. Alle Leiterkarten werden von
Stegen, die zu beiden Seiten der Hälften des Spulenkörpers umlaufen,
umfaßt. Der Ferritkern besteht aus zwei E-förmigen Hälften, wobei der
die Leiterkarten tragende Spulenkörper auf den mittleren Steg eines der
Hälften des Ferritkerns aufgesteckt und die andere Hälfte des Ferritkerns
von der anderen Seite des Spulenkörpers aufgesetzt wird.
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Diese Art der Leiterkartentechnologie wird vorwiegend für
Signalübertrager, Speicherdrosseln und Transformatoren im Leistungsbereich bis ca.
150 VA verwendet.
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Im Leistungsbereich über 150 VA bei Ausgängen mit kleinen Spannungen
(< 12 V) und entsprechend hohen Ausgangsströmen ergeben sich
erheblicher Qualitätsprobleme bei der Herstellung von
Leiterkartentransformatoren. So muß die Kupferdicke der Leiterkarten bei hohen Strömen
entsprechend groß sein und entspricht dann nicht mehr dem Standard
der Leiterkarten-Industrie.
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Bei hohen Ausgangsleistungen werden vergleichsweise teure Leiterkarten
mit Sonderdicken erforderlich, ggf. müssen vorhandene
Standard-Kupferdicken aufgekupfert werden. Werden Leiterkarten mit
Sonder-Kupferdicken verwendet, ist der Ätzspalt zwischen den Leiterbahnen
nur mit optimaler Prozeßeinstellung zu garantieren. Schon kleinste
Abweichungen im Prozeß oder Verunreinigungen verursachen winzig kleine
Kupferbrücken zwischen den Leiterbahnen. Eine solche Brücke zwischen
zwei Leiterbahnen resultiert in einer zu kleinen Windungszahl, zu einem
Windungskurzschluß oder bei einer leitenden Verbindung zwischen
Leiterbahn und Außenrand hin sogar zu sicherheitsrelevanten
Kriechstrecken zwischen den Wicklungen oder zwischen Wicklung und
Ferritkern. Eine solche leitende Verbindung zwischen zwei Leiterbahnen
kann während der Leiterkartenherstellung nur direkt nach dem
jeweiligen Prozeßschritt durch aufwendige Meßverfahren erkannt werden, oder
sie wird erst bei der abschließenden Funktionsprüfung des vollständig
montierten Transformators erkannt. Die Wertschöpfung ist jedoch
zunichte gemacht und ein Großteil des verwendeten Materials kann nicht
mehr weiter verwendet werden.
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Alternativ können mehrere dünne Kupferlagen mehrschichtiger
Leiterkarten parallel geschaltet werden. Allerdings ist die Gesamtdicke solcher
Leiterkarte wegen der Isolationsschichten zwischen den Leiterschichten
vergleichsweise hoch. Auch besteht der Nachteil, daß das exakte
Verbinden der parallelen Leiterschichten in der Leiterkarte aufwendig und bei
Einhaltung von geforderten Sicherheitsstandards nur mit verdeckten
Durchsteigern möglich ist.
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Ein weiteres Problem stellt, gerade bei stehenden
Leiterkartentransformatoren, die mechanisch stabile und stromfeste Kontaktierung der
Leiterkarte mit all den benötigten Innenlagen an die Leiterplatte,
beispielsweise ein Mainboard der Stromversorgung, dar.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flachtransformator zu schaffen,
bei dem die zuvor genannten Nachteile nicht bestehen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Flachtransformator der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß jede der vom Spulenkörper getragenen
Sekundärspulen durch mindestens ein an einer Seite offenes
Wicklungsblech gebildet ist, das auf den Spulenkörper aufsteckbar und an die
Leiterplatte anschließbar ist.
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Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, auf Leiterkarten und ihre
Beschränkung hinsichtlich der Dicke der Leiterschicht gänzlich zu
verzichten, und statt dessen ein Leiterblech zu verwenden, daß als Wicklung
ausgebildet wird und auf den Ferritkern aufsteckbar ist. Das
Wicklungsblech wird dann direkt an die Leiterplatte, beispielsweise an das
Mainboard der Stromversorgungseinheit, angeschlossen. Im Ergebnis trägt sich
die Wicklung aufgrund einer ausreichenden Steifigkeit des Leiterblechs
selbst, während bei Leiterkartentransformatoren die Wicklungen sämtlich
auf einem Substrat aufgebracht sind und von diesem gehalten werden,
wobei das Substrat selbst mit dem Mainboard zusätzlich kontaktiert
werden muß, beispielsweise durch Winkelverbinder oder Steckleisten,
und die Anschlußstifte mechanisch stabilisiert werden müssen.
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Durch die Verwendung von einfachen Wicklungsblechen als
Sekundärwicklungen, die direkt über eine Leiterplatte verschaltet sind, anstatt von
Leiterkarten, in deren Leiterschichten eine oder mehrere Wicklungen
eingeätzt sind und die über Anschlußleisten verschaltet und mit der
Leiterplatte verbunden werden, ergeben sich unerwartet viele Vorteile
gegenüber den eingangs beschriebenen Leiterkartentransformatoren.
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Zunächst ist die Auslegung und Produktion solcher Flachtransformatoren
unabhängig von standardisierten Leiterkarten und deren Kupferdicken.
Da keine Leiterkarten mit Sonder-Kupferdicken mehr benötigt werden,
können die Produktionskosten des Flachtransformators erheblich gesenkt
werden, und zwar zur Zeit bis auf ein Viertel der Kosten für vergleichbare
Leiterkartentransformatoren oder sogar noch darunter. Aus dem
gleichen Grund besteht kein Problem mehr hinsichtlich der Verfügbarkeit
von qualitativ guten Leiterkarten.
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Auch ist die Herstellung solcher Leiterkartentransformatoren insofern
vereinfacht, als sie gegenüber Leiterkartentransformatoren mit relativ
geringem Aufwand fast überall serienmäßig fertigbar sind und
insbesondere keine Single-source-Abhängigkeiten von Herstellern für Leiterkarten
mit besonderer Leiterschichtdicke bestehen.
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Zum anderen entfallen alle Nachteile hinsichtlich möglicher qualitativer
Beeinträchtigungen von Leiterkarten bei einer nicht exakten Fertigung.
Auch können sicherheitsrelevante Risiken, beispielsweise keine
ausreichende Trennung der Primär- und Sekundärspulen voneinander aufgrund
möglicher Kriech- und Luftstrecken wegen Lufteinschlüssen oder
Verunreinigungen, wie sie bei Leiterkarten bestehen, sicher ausgeschlossen
werden.
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Ein weiterer erheblicher Vorteil besteht darin, daß die eingesteckten
und/oder mit der Leiterplatte eines Gerätes verlöteten Anschlüsse des
bzw. der Wicklungsbleche gleichzeitig als mechanische Fixierung dienen,
so daß ein zusätzliches Kleben, Klammern, Verschrauben des
Flachtransformators am Gerät oder auf der Leiterplatte nicht erforderlich ist.
Des weiteren weist der erfindungsgemäße Flachtransformator im Hinblick
auf seine Umweltbilanz gegenüber Leiterkartentransformatoren
erhebliche Vorteile auf. So fallen bei dem Verfahren zur Herstellung von
Leiterkarten anders als bei der Herstellung von Wicklungsblechen in
erheblichem Maße Abfälle an und es wird eine große Menge an Energie
benötigt. Hinzu kommt, daß bei der Herstellung von Leiterplatten in
Sonderdicke die Ausschußrate aufgrund von Qualitätsmängeln hoch ist,
während die Blechleiterelemente äußerst einfach herzustellen sind, in dem
sie beispielsweise aus einem vollflächigen Leitermaterial ausgestanzt
werden, so daß die Ausschußrate bei der Herstellung von
Wicklungsblechen vergleichsweise gering ist. Des weiteren läßt sich der
erfindungsgemäße Flachtransformator besser recyclen, da er einfach zu
demontieren ist und weniger Verbundmaterialien verwendet werden, was
besonders wichtig im Hinblick auf kommende
Elektronikschrottverordnungen ist, bei denen zu erwarten ist, daß Hersteller zur Rücknahme
ausgelieferter Geräte verpflichtet werden.
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Im Ergebnis wird mit dem erfindungsgemäßen Flachtransformator eine
gegenüber Leiterkartentransformatoren technisch vergleichbare, aber
erheblich preiswertere Lösung zur Verfügung gestellt, die insbesondere
zur Verwendung im Leistungsbereich von ca. 150-400 VA verwendbar
ist.
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In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Flachtransformators sind mindestens zwei Wicklungsbleche über die Leiterplatte zu
einer Sekundärspule zusammengeschlossen. Es ist möglich, den
erfindungsgemäßen Flachtransformator mit einer Vielzahl von einzelnen
Wicklungsblechen zu bestücken, die über die Leiterplatten wahlweise zu
einer Hochstromwicklung oder zu mehreren Hochstromwicklungen mit
gleicher oder voneinander verschiedener Wicklungszahl über die
Leiterplatte zusammengeschaltet werden. Wenn die Verschaltung der
einzelnen Wicklungsbleche über einen Treiber oder einen oder mehrere Relais
gesteuert wird, so daß wahlweise einzelne Wicklungsbleche der bzw.
einer der Sekundärspulen zugeschaltet oder abgeschaltet werden
können, wird es sogar möglich, einen mit mehreren Wicklungsblechen
versehenen Flachtransformator flexibel einzusetzen,. Auch lassen sich auf
Basis des Prinzips des erfindungsgemäße Flachtransformator gegenüber
vergleichbaren Leiterkartentransformatoren kurzfristig Muster,
Prototypen und Kleinserien mit geänderter bzw. angepaßter Windungszahl
realisieren, die Entwicklungszeiten können also verkürzt werden.
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Wird ein erfindungsgemäßer Flachtransformator mit zwei
Wicklungsblechen ausgeführt, können diese zu beiden Seiten der Primärspule
angeordnet sein, wobei zwischen den Sekundärwicklungen und der
Primärspule eine ausreichende Isolierung vorgesehen sein muß. Werden
mehrere Wicklungsbleche nebeneinander angeordnet, können diese
entweder jeweils mit einer Isolierschicht überzogen sein, oder es wird
bevorzugt zwischen zwei benachbarten Wicklungsblechen eine isolierende
Zwischenlage angeordnet. Letztere Ausführung ist insofern von Vorteil,
als das jeweilige Wicklungsblech ausschließlich aus einem Leitermaterial
besteht und einfacher wiederverwertet werden kann.
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Bevorzugt werden als Wicklungsbleche gestanzte oder erodierte
Kupferbleche verwendet. Kupfer ist dabei ein bevorzugtes Leitermaterial, daß
sich einfach verarbeiten läßt. Auch sind die Wicklungsbleche bevorzugt -
insbesondere im Bereich ihrer Anschlußenden - galvanisch verzinnt, so
daß die Bleche einfacher verlötet und auch besser gelagert werden
können.
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Des weiteren weist der Spulenkörper des erfindungsgemäßen
Flachtransformators eine Führung für mindestens eines der Wicklungsbleche
auf, in die das Wicklungsblech eingeschoben ist. Hierdurch wird das
Wicklungsblech in seiner Position zum Ferritkern fixiert, so daß keine
Qualitäts- oder Sicherheitsverluste aufgrund von schief eingesteckten
Wicklungsblechen entstehen. Für den gleichen Zweck kann mindestens
eines der Wicklungsbleche und/oder mindestens eine der isolierenden
Zwischenlagen eine Ausnehmung aufweist, die mit einer Rastnase des
Spulenkörpers zusammenwirkt. Eine andere Möglichkeit der Fixierung
schlitzförmige Aufnahmen aufweist, in die die Wicklungsbleche eingesetzt
werden können und somit gleichermaßen fixiert sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Flachtransformator
weist der Spulenkörper eine Wickelkammer für die Primärspule auf,
wobei die Primärspule aus einem oder mehreren gewickelten Leiterdrähten
gebildet sein kann. Zwar ist es grundsätzlich möglich, ähnlich wie bei den
Leiterkartentransformatoren die Primärwicklung auf einer Leiterkarte
anzuordnen und zwischen zwei Hälften eines Spulenkörpers anzuordnen.
Will man aber vollständig auf Leiterkarten verzichten, bietet sich diese
bevorzugte Ausgestaltung an, wobei der Spulenkörper dann einstückig,
beispielsweise als Spritzgußteil aus einem geeigneten, isolierenden
Kunststoff, ausgebildet sein kann. In diesem Fall weist der Spulenkörper
einen Mantel auf, der einen Teil des Ferritkerns ummantelt, und zwei zur
Mittelachse des Mantels senkrecht nach außen abstehende, umlaufende
Wandungen. Der Leiterdraht kann dann zwischen den Wandungen auf
den Mantel aufgewickelt werden, während die Wicklungsbleche für die
Sekundärwicklung auf der zur Wickelkammer abgewandten Seite der
Wandungen aufgesteckt werden. Die Breite und Höhe der durch den
Mantel und die Wandungen gebildeten Wickelkammer kann so
abgestimmt sein, daß bei gegebenem Drahtdurchmesser ein gleichmäßiger
Wicklungsaufbau mit konstanter Windungszahl pro Lage und - bei
seriengefertigten Transformatoren - eine gleichbleibende Lagenanzahl
erreicht wird und die Wickelkammer optimal gefüllt ist.
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Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß eine sichere
Primär-Sekundär-Trennung immer gewährleistet ist, da durch die
Konstruktion des Spulenkörpers, bei richtiger Montage vorausgesetzt,
der geforderte Abstand zwischen Primär- und Sekundärspule(n) nie
unterschritten werden kann. Die für diverse Zulassungen geforderten
Kriech- und Luftstrecken zwischen Primär- und Sekundärwicklung
(meistens > 6.4 mm) werden je nach Ausgestaltung des Spritzugßkörpers
(Stärke der Wandungen) noch weit übertroffen. Ein weiterer erheblicher
Vorteil besteht darin, daß bei Einsatz eines gewickelten Leiterdrahts als
Primärwicklung gänzlich auf Leiterkarten innerhalb des
Flachtransformators verzichtet werden kann, so daß je nach
verwendetem Material für den Spulenkörper höhere Betriebstemperatur möglich
sind. Demgegenüber ist bei Leiterkartentransformatoren die max.
Betriebstemperatur durch den Tg-Wert (Glasumwandlungspunkt) des
Trägermaterials und eine entsprechende Zulassung von
Leiterkartentransformatoren auf ca. 130°C begrenzt.
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In einer weiteren Ausgestaltung dieser Ausführung des Spulenkörpers
sind je Primärspule mindestens zwei Aufnahmen für Anschlußstifte, an
die das Anfang und das Ende mindestens eines Leiterdrahts einer
Primärspulenwicklung angeschlossen sind, vorgesehen. Der Vorteil besteht
in einer einfachen Herstellung, wobei die Enden der Primärspulen
zunächst an die Anschlußstifte angelötet werden können, bevor der
Flachtransformator mit den in sich steifen Anschlußstifte einfach auf die
Leiterplatte aufgesetzt wird und die Anschlußstifte an die Leiterplatte
angelötet werden.
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Der Spulenkörper kann darüber hinaus vorteilhaft mit mindestens einer
vom Boden der Wickelkammer zu einem der Anschlußstifte, schräg zur
Achse dieses Anschlußstiftes verlaufende Drahtführungsnut ausgestaltet
werden. Hiermit wird einerseits erreicht, daß die Wicklungen einer Lage
vollständig eben und parallel zueinander am Boden der Wickelkammer
aufliegen können, ohne daß diese Wicklungen um das Endstück des
Leiterdrahtes herumgeführt werden müssen oder eine der Wicklungen auf
diesem Ende aufliegt. Somit wird eine Druckentlastung der Wicklungen
aller Wicklungslagen erzielt, da jede Wicklung genau auf der Wicklung
der darunter liegenden Lage aufliegt. Zum anderen wird mit der
Drahtführungsnut eine Zugentlastung des Endstücks des Leiterdrahts am
Anschlußstift beim Aufwickeln der Primärspule sicher gewährleistet.
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Wie bereits zuvor erwähnt ist der Spulenkörper bevorzugt einteilig,
insbesondere als Spritzgußteil, ausgebildet.
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Der erfindungsgemäße Flachtransformator wird bevorzugt mit einem
Ferritkern ausgebildet, der aus zwei E-förmigen Kernhälften
zusammengesetzt ist, wobei der Spulenkörper auf dem mittleren der drei
zueinander parallelen Kernstegen sitzt. Er kann insbesondere mit einem ETD-,
EFD-, ELP- oder PQ-Kern ausgebildet sein. Es ist auch möglich, den
Flachtransformator anstatt mit einem derartigen zweifach geschlossenen
Ferritkern, mit einem einfach geschlossenen Ferritkern (U-Kern)
auszubilden, bei dem die Primärspule(n) auf einem Schenkel und die
steckbaren Wicklungsbleche der Sekundärspule(n) auf dem anderen
Schenkel sitzen. Es sind aber grundsätzlich auch Ausführungen denkbar,
bei denen der Flachtransformator mit einem Ringkern ausgebildet ist. In
diesem Fall würde es sich beispielsweise anbieten, den Spulenkörper
zweiteilig derart auszubilden, daß jeder Teil eine Mantelhälfte umfaßt,
wobei die Mantelhälften zu einem Mantel um den Ringkern
zusammengesetzt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, die bevorzugte
Ausführungen des erfindungsgemäßen Flachtransformators zeigen,
näher erläutert.
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Es zeigen
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Fig. 1 eine Explosionszeichnung einer ersten bevorzugten
Ausführungsform des Flachtransformators,
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Fig. 2 eine isometrische Unteransicht des in Fig. 1 dargestellten
Flachtransformators mit eingesteckten Wicklungsblechen,
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Fig. 3 eine Explosionszeichnung einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform des Flachtransformators, und
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Fig. 4 eine isometrische Unteransicht des in Fig. 3 dargestellten
Flachtransformators mit eingesteckten Wicklungsblechen.
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Fig. 1 zeigt wesentliche Komponenten eines Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Flachtransformators, nämlich einen aus zwei Hälften
1a, 1b bestehenden, dreischenkligen Ferritkern, zwei eine Sekundärspule
bildende Wicklungsbleche 2 und einen Spulenkörper 3. Die
Primärwicklung ist zur übersichtlicheren Darstellung nicht gezeigt.
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Die Wicklungsbleche 2 bestehen aus einem Leitermaterial und werden
bevorzugt aus einem Kupferblech ausgestanzt oder erodiert und sind
verzinnt. Sie haben ein im wesentlichen U-förmiges, also zu einer Seite
hin offenes, Profil. Der obere Steg 4 des U-förmigen Profils weist an der
Mitte der Außenkante eine kleine, im wesentlichen viereckige Auskerbung
5 auf. An beiden Enden des Stegs schließen sich freie Schenkel 6, 7 an.
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Die Dicke der Wicklungsbleche 2 ist im Vergleich zur Breite ihrer Stege
4 und der Schenkel 6, 7 gering. Die Breite eines überwiegenden Teils der
Schenkel 6, 7 entspricht im wesentlichen der Breite des Steges 4 im
Bereich der Auskerbung 5. Die freien Enden der Schenkel 6, 7 sind als Löt-
oder Steckkontakte 8, 9 ausgebildet, deren Breite etwas weniger als halb
so groß ist wie die des überwiegenden Teils der Schenkel 6, 7. Die Enden
könnten auch als Schneidkontakte ausgebildet sein, indem sie angefast
werden.
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Der Spulenkörper 3 ist ein einstückiges Spritzgußteil mit einer
Mantelfläche 10, die im montierten Zustand des Flachtransformators den
mittleren Schenkel des Ferritkerns umschließt. An die Mantelfläche 10
schließen sich zwei senkrecht dazu und in Umfangsrichtung verlaufende
Wandungen 11, 12 an, die zusammen mit der Mantelfläche 10 eine in
Umfangsrichtung nach außen offene Wickelkammer 13 für die Primärspule
bilden. Breite und Höhe dieser Wickelkammer sind so aufeinander
abgestimmt, daß bei einem gewählten Drahtdurchmesser des Leiterdrahts für
die Primärspule ein gleichmäßiger Wickelaufbau mit konstanter Leiterzahl
pro Lage erreicht und die Wickelkammer optimal gefüllt werden kann.
Hierdurch kann der Wicklungsaufbau der Primärspule in elektrischer und
magnetischer Hinsicht, insbesondere im Hinblick auf Skin- und Proximity-
Effekte, optimiert werden.
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An jeder der Wandungen 11, 12 sind auf ihrer zur Wickelkammer 13
abgewandten Seite für jeden freien Schenkel 6, 7 der Wicklungsbleche 2
jeweils zwei seitliche Führungsschlitze 14a, 14b, 14c, 14d vorgesehen,
wobei sich die an der Außenkante der Wandungen 11, 12 angeordneten
Führungsschlitze 14a, 14d für die Außenkanten der Schenkel 6, 7 der
Wicklungsbleche über die gesamte Kantenlänge der Wandungen 11, 12
erstrecken und sich die Führungsschlitze 14b, 14c für die Innenkanten
der freien Schenkel 6, 7 von der oberen Mantelfläche 10 bis zur
Unterkante des Spulenkörpers 3 erstrecken. Darüber hinaus ist an der oberen
Mantelfläche 10 zu beiden Außenseiten der Wandungen 11, 12 eine
Stoßkante 15 für die Innenseite der Stege 4 der Wicklungsbleche 2 und an
den Oberkanten der Wandungen 11, 12 mittig eine Rastnase 16a, 16b
ausgebildet, so daß die an den Außenseiten der Wandungen 11, 12 in
den Spulenkörper 3 eingeschobenen Wicklungsbleche 2 durch die
Führungsschlitze 14a, 14b, 14c, 14d, die Stoßkanten 15 und die mit den
Auskerbungen 5 zusammenwirkende Rastnasen 16a, 16b vollständig
fixiert sind, wobei die Löt- bzw. Steckkontakte 8, 9 der Wicklungsbleche 2
über die Unterkante des Spulenkörpers 3 hinausstehen. Mit dieser
Fixierung wird gewährleistet, daß immer ein definierten Abstand zum später
durchgesteckten Ferritkern 1a, 1b besteht, was zur Einhaltung von
bestehenden Sicherheits- und Zulassungsanforderungen zwingend
notwendig ist. Gleichzeitig wird ein ausreichend großer Oberflächenanteil
der Wicklungsbleche 2 direkt vom forcierten Luftstrom des Gerätes
erfaßt, so daß eine ausreichende Kühlung des Transformators
sichergestellt werden kann.
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Wie sich insbesondere auch Fig. 2, in der der Flachtransformator mit
eingesteckten Wicklungsblechen 7 in Ansicht von unten dargestellt ist,
entnehmen läßt, sind die Wandungen 11, 12 in ihrem unteren Bereich
zwischen den Führungsschlitzen 14a, 14b, 14c, 14d für die inneren
Schenkelkanten verdickt ausgebildet und weisen jeweils mindestens eine
nach unten offene Bohrung als Aufnahme für Anschlußstifte 17a, 17b, die
einen quadratischen Querschnitt haben zum Anschluß der Enden der
Primärwicklungen auf. Der Durchmesser der Bohrungen ist etwas kleiner
als die Querschnittsdiagonale der Anschlußstifte 17a, 17b, so daß die
Anschlußstifte 17a, 17b in die Bohrungen eingepreßt werden müssen und
aufgrund der Preßpassung ausreichend fixiert sind. Die in die Bohrungen
eingepreßten Anschlußstifte 17a, 17b stehen in etwa genauso weit über
die Unterkante des Spulenkörpers 3 über wie die Löt- bzw.
Steckkontakte 8, 9.
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In einem der verdickt ausgebildeten Bereiche der Wandungen 11, 12 ist
eine zur Achse der Anschlußstifte 17a, 17b schräg verlaufende, nach
unten offene Drahtführungsnut 18 vom Anschlußstift 17b zur
Wickelkammer 13 vorgesehen. Durch diese Drahtführungsnut 18 wird ein
unnötiger mechanischer Druck auf den Draht des Wicklungsanfanges
durch die nachfolgenden Windungen vermieden, was im Betrieb bei evtl.
anliegenden hohen Primärspannungen unter Umständen zu
Überschlägen und Windungskurzschlüssen in der Wicklung führen könnte.
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Zum Zusammensetzen des dargestellten Flachtransformators wird
zunächst der Spulenkörper 3 mit den Anschlußstiften 17 bestückt. Nach
dem Einpressen der Anschlußstifte 17 wird die gewünschte Anzahl von
Windungen der Primärwicklung in konventioneller Weise mit einer
Wickelmaschine in der Wickelkammer 13 des Spulenkörpers 3
aufgewickelt. Je nach Isolationsanforderung des Gerätes kann der
Leiterdraht für die Primärwicklung beispielsweise als einfach- oder
mehrfachisolierter Kupferrunddraht oder auch als nylon-umsponnene
Hochfrequenzlitze ausgeführt sein. Zum Aufwickeln wird der Anfang des
Leiterdrahts für die Primärspule in der erforderlichen Länge abisoliert und um
einen der Anschlußstifte 17 gewickelt. Von diesem Anschlußstift 17 aus
wird der Leiterdraht durch die schräg verlaufende Drahtführungsnut zum
Boden der Wickelkammer 13 geführt, in der Wickelkammer zur
Primärspule aufgewickelt und das entsprechend abisolierte Ende des
Leiterdrahts dann zum anderen Anschlußstift geführt und um diesen herum
gewickelt. Danach werden die Anschlußstifte 17 mit den abisolierten
Drahtenden, beispielsweise im Tauch-Schwallötbecken, verlötet.
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Nach der Verlötung werden die Wicklungsbleche 2 als
Sekundärwicklungen in die Führungsschlitze 14a, 14b, 14c, 14d zu beiden Seiten der
Wickelkammer 13 eingeschoben. Beim Einschieben müssen die
Wicklungsbleche 2 in die Rastnasen 16a, 16b vom Spulenkörper 3 einrasten,
um ein späteres Zurückgleiten der Wicklungsbleche 2, etwa beim
Transport oder bei der Montage des gesamten Transformators auf einer
Platine, zu verhindern. Abschließend werden die beiden Ferritkernhälften
1a, 1b mit ihren mittleren Schenkeln zu beiden Seiten in den
Spulenkörper 3 eingeschoben und miteinander verklebt. Alternativ können die
Ferritkernhälften 1a, 1b auch mit Klammern oder ein um den gesamten
Ferritkern herum gewickeltes Klebeband zusammengehalten werden.
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Der auf diese Weise zusammengesetzte Flachtransformator kann dann
auf eine hier nicht dargestellte Leiterplatte aufgesetzt und auf dieser
verlötet werden. Die Leiterplatte ist so ausgebildet, daß die
Wicklungsbleche 2 dann als Sekundärspule zusammengeschaltet sind.
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Abschließend erfolgt die Funktions- und Sicherheitsprüfung der
kompletten Transformators.
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In Fig. 3 sind wesentliche Komponenten einer anderen bevorzugten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flachtransformators
dargestellt. Er weist einen aus zwei Hälften 21a, 21b bestehenden,
dreischenkligen Ferritkern, vier Wicklungsbleche 22, die zu einer oder mehreren
Sekundärwicklungen über eine nicht dargestellte Leiterplatte
zusammengeschlossen werden können, und einen Spulenkörper 23 auf. Leiterplatte
und Primärwicklung sind auch hier zur übersichtlicheren Darstellung nicht
gezeigt.
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Die Wicklungsbleche 22 unterscheiden sich zu denen der zuvor
beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß jedes Wicklungsblech 22 aus vier
zueinander senkrechten Stegen 24, 25, 26, 27 gleicher Breite gebildet
werden, wobei der untere Steg 27 nicht durchgehend ist, sondern zu
einer Seite hin durchbrochen ist. Zu beiden Seiten des Durchbruchs
28 des unteren Steges 27 schließen sich an den unteren Steg 27 nach
unten Löt- bzw. Steckkontakte 29, 30 an, wobei einer der Löt- bzw.
Steckkontakte 29 in der Mitte der Unterkante des Wicklungsblechs 22
angeordnet ist.
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Darüber hinaus sind zwei Isolierlagen 31 vorgesehen, deren Profil aus
vier umlaufenden Stegen gebildet sind, die etwas breiter als die Stege
der Wicklungsbleche 22 sind, so daß zwei Wicklungsbleche 22, zwischen
denen eine solche Isolierlage 31 angeordnet sind, vollständig
voneinander elektrisch isoliert sind. An ihrer Oberkante weisen die Isolierlagen
jeweils eine Auskerbung 32 auf.
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Auch bei dieser Ausführungsform ist der Spulenkörper 23 ein
einstückiges Spritzgußteil mit einer Mantelfläche 33, die im montierten Zustand
des Flachtransformators den mittleren Schenkel des Ferritkerns
umschließt. An die Mantelfläche 33 schließen sich zwei senkrecht dazu und
in Umfangsrichtung verlaufende Wandungen 34, 35 an, die zusammen
mit der Mantelfläche eine in Umfangsrichtung nach außen offene
Wickelkammer 36 bilden. Breite und Höhe dieser Wickelkammer 36 sind so
aufeinander abgestimmt, daß bei einem gewählten Drahtdurchmesser
ein gleichmäßiger Wickelaufbau mit konstanter Leiterzahl pro Lage
erreicht und die Wickelkammer 36 optimal gefüllt werden kann.
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An jeder der Wandungen 34, 35 ist auf ihrer zur Wickelkammer 36
abgewandten Seite ein Führungsrahmen für die Wicklungsbleche 22
vorgesehen, der Führungsschlitze 37a, 37b für die Außenkanten der seitlichen
Stege 24, 26 der Wicklungsbleche 22 aufweist, die sich über die gesamte
Kantenlänge der Wandungen 34, 35 erstrecken, und einen unteren Steg
38, der eine Stoßkante für die Unterkante der in die Führungsschlitze
37a, 37b eingeschobenen Wicklungsbleche 22 bildet. Die
Führungsschlitze 37a, 37b sind so bemessen, daß zwei Wicklungsbleche 22,
zwischen denen eine Isolierlage 31 angeordnet ist, eingeschoben werden
können. Der untere Steg 38 des Führungsrahmens weist Durchbrüche
39, 40, 41 zum Durchstecken der Löt- bzw. Steckkontakte 29, 30 der
Wicklungsbleche 22 auf, wobei ein zentraler Durchbruch 40 vorgesehen
ist, durch den die beiden zentralen Löt- bzw. Steckkontakte 29 beider
nebeneinander liegender Wicklungsbleche durchgesteckt werden können,
und zu beiden Seiten des zentralen Durchbruchs zwei weitere
Durchbrüche 39, 41 für jeweils den anderen Steckkontakt 30 der Wicklungsbleche
22 vorgesehen sind.
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Wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist an den
Oberkanten der Wandungen 34, 35 mittig eine Rastnase 42a, 42b
ausgebildet. Werden zwei Wicklungsbleche 22 so zusammen mit einer
dazwischen liegenden Isolierlage 31 aufeinandergestapelt, daß die zentralen
Löt- bzw. Steckkontakte 29 nebeneinander und die seitlichen Löt- bzw.
Steckkontakte 30 zu jeweils unterschiedlichen Seiten der zentralen Löt-
bzw. Steckkontakte 29 liegen, können sie in den Führungsrahmen
eingeschoben werden, so daß sie von dem Führungsrahmen und der
Rastnase 42a, 42b vollständig in ihrer Position am Spulenkörper 23 fixiert
sind.
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An der Außenkante jeweils eines der Führungsschlitze 37a der
Führungsrahmen erstrecken sich - wie sich insbesondere Fig. 4 entnehmen
läßt - jeweils in Richtung von der Wickelkammer weg Aufnahmeblöcke
43a, 43b mit Bohrungen zur Aufnahme von jeweils zwei Anschlußstiften
44a, 45a, 44b, 45b für zwei getrennte Primärspulenwicklungen. Die
Unterseite dieser Blöcke 43 schließen mit der Unterkante des Spulenkörpers
23 ab. Die in die Bohrungen eingesetzten Anschlußstifte 44a, 45a, 44b,
45b stehen in etwa genauso weit über die Unterkante des Spulenkörpers
23 über wie die durch die Durchbrüche 39, 40, 41 des Führungsrahmens
durchgesteckten Löt- bzw. Steckkontakte 29, 30.
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Aus der in Fig. 4 dargestellten Unteransicht des Flachtransformators
mit eingesteckten Wicklungen ergibt sich, daß auch hier
Drahtführungsnuten 46a, 46b von der Wickelkammer 36 in Richtung zur Unterseite der
Wandung verlaufen. Das bzw. die Enden des Leiterdrahts bzw. der
Leiterdrähte einer oder mehrerer Primärspulen können hierüber vom Boden
der Wickelkammer 36 weg über die Unterseiten der Aufnahmeblöcke
43a, 43b zu einem der Anschlußstifte 44a, 45a, 44b, 45b oder zu beiden
Anschlußstiften 44a, 45a, 44b, 45b eines Aufnahmeblocks 43a, 43b
geführt werden.
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An der Unterseite des Spulenkörpers ragen vier Positionierungsfüße 47a,
47b, 47c, 47d heraus, die zur Positionierung des fertig montierten
Flachtransformators auf einer Leiterplatine verwendet werden können,
wenn auf dieser entsprechende Ausnehmungen vorgesehen sind.
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Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flachtransformators
wird genauso zusammengesetzt wie die zuvor beschriebene
Ausführungsform, mit Ausnahme der anderen Art der Steckweise der
Wicklungsbleche 22 samt Isolierlage 31 in die Führungsrahmen und der
Möglichkeit, zwei Primärwicklungen in der Wickelkammer 22
aufzuwickeln und an die Anschlußstifte 44, 45 anzuschließen.
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Für beide Ausführungsformen gilt, daß die Anschlüsse der Bleche auf der
Hauptplatine des Gerätes durch Leiterbahnen entsprechend verschaltet
werden müssen, um die für die jeweilige Topologie der Schaltung
gewünschte Windungszahlen zu erhalten, beispielsweise ist sekundärseitig
eine Windungszahl von 1 oder 2 bei einer Zweiblechvariante bzw. 2 oder
4 bei einer Vierblechvarianten dieser Erfindung möglich.
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Die durch die hohen Sekundärströme bedingt breiten und dicken
Leiterbahnen zu den Wicklungsblechen sorgen ebenfalls noch für eine
Wärmeabfuhr aus dem Transformator. Zudem ergibt sich durch die 4, bzw. 8
Lötstellen (Anfang und Ende je Wicklungsblech) eine extrem stabile
Verbindung zwischen Transformator und Hauptleiterkarte des Gerätes.
Weitere Befestigungen sind nicht erforderlich.