Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von induktiven Bauelementen, insbesondere Stromwandlern für Elektrizitätszähler.
Stromwandler sind induktive Bauelemente, die durch ihre Auslegung bezüglich Abbildungsverhalten und Phasenfehler die genaue Erfassung von Netzströmen in Industriezählern bzw. Haushaltszählern ermöglichen. Zusammen mit einer Auswerteelektronik ersetzen sie mittlerweile die sogenannten Ferraris-Meßinstrumente (Drehstromzähler).
Es ist allgemein bekannt, solche Stromwandler aber auch andere induktive Bauelemente wie Transformatoren für geschaltete Netzteile, Drosseln und Übertrager auf der Basis von in Kunststoffgehäusen eingeklebten oder vergossenen Magnetkernen herzustellen. Dabei wird in ein thermoplastisches Kunststoffgehäuse der mit einer Wicklung oder mehreren Wicklungen versehene Magnetkern eingelegt und mit einem Gießharz, das in der Regel aus Polyurethan bzw. einem Epoxidharz besteht, umgossen. Die Herausführung der Anschlußkabel der Wicklungen führt dabei zu mehreren Problemen. Das Herausführen der Anschlußkabel durch die Vergußoberfläche erfordert eine genau definierte Lage des Kabels während des Vergußvorgangs, so daß sogenannte Vergußpaletten mit Kabelfixierungen in der Regel notwendig sind. Die Verwendung solcher Vergußpaletten ist sehr aufwendig.
Eine weitere Möglichkeit stellt die Fixierung der Kabel in einer Doppelnut am oberen Rande des Gehäuses dar. Dabei kommt es jedoch häufig zum Austreten des Gießharzes in Folge auftretender Kapillarkräfte durch diese Nut.
Eine Kabelherausführung durch eine Bohrung in der Gehäusewand erfordert eine zusätzliche Abdichtung und damit ebenfalls einen größeren Aufwand, der ökonomisch nachteilig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein neues Herstellverfahren für induktive Bauelemente, insbesondere für Stromwandler, anzugeben, bei dem die obengenannten Probleme weitgehend vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren von Herstellen von induktiven Bauelementen mit folgenden Schritten gelöst:
Durch dieses Verfahren wird der Fertigungsablauf im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich vereinfacht, was zu merklich verringerten Kosten führt.
Die verwendeten Formen bestehen in der Regel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die wesentlicher preisgünstiger sind als die Spritzgußformen, die für die Gehäuse gemäß dem Stand der Technik verwendet werden. Durch die Verwendung dieser Formen können auch im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich kürzere Produkteinführungszeiten erzielt werden, da die Formen wesentlich einfacher sind. Dadurch kommt es zu schnellen und einfachen Änderungen von kundenspezifischen Ausführungsformen der induktiven Bauelemente.
Vorzugsweise erfolgt das Einfüllen der aufgeschmolzenen Schmelzklebermasse unter einem Druck von 0 bis 20 bar, vorzugsweise von ca. 10 bis 20 bar, wobei als Schmelzklebermasse ein thermoplastischer Schmelzklebstoff auf Polyamidbasis vorgesehen ist. Dabei handelt es sich insbesondere um einen füllstofffreien Schmelzklebstoff auf Polyamidbasis. Die Verwendung dieser Polyamid-Schmelzklebstoffe eröffnet wesentlich bessere Möglichkeiten des Recycling von induktiven Bauelementen, da bei den induktiven Bauelementen nur noch ein einziger Kunststoff verwendet wird. Insbesondere sind verschiedene Polyamid-Schmelzklebe-stoffe kompostierbar. Ferner müssen diese thermoplastischen Kunststoffe nicht unbedingt aus fossilen Stoffen, wie Erdöl bzw. Kohle, hergestellt werden sondern können auch aus nachwachsenden Rohstoffen (Holzharze) hergestellt werden.
In einer Ausführungsform werden die Anschlüsse der Wicklung bzw. die Anschlüsse der Wicklungen vor dem Einlegen des Magnetkerns in die Form aus der Form in fest definierter Weise herausgeführt. Als Anschlüsse sind dabei Kabel vorgesehen. Die Herausführung dieser Kabel erfolgt unmittelbar über Nuten in der Form, wobei durch den speziellen Prozeß ein Heraustreten von Schmelzklebermasse verhindert wird.
In einer anderen Ausführung werden die Anschlüsse der Wicklung bzw. die Anschlüsse der Wicklungen in der Form in Sackbohrungen gelegt. Dies ermöglicht die Verwendung von relativ biegesteifen Anschlüssen, so daß mit dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren auch induktive Bauelemente hergestellt werden können, die direkt SMD-tauglich (Service Mounted Device) sind.
Vorzugsweise werden als Magnetkerne Ringkerne aus metallischen Legierungen, insbesondere Ringbandkerne aus amorphen oder nanokristallinen Legierungen verwendet. Durch die Verwendung von solchen amorphen bzw. nanokristallinen Legierungen ergibt sich gegenüber den bisher verwendeten kristallinen Legierungen bzw. Ferritkernen eine erhebliche Volumenreduzierung sowie wesentlich bessere technische Eigenschaften der induktiven Bauelemente der eingangs genannten Art. Der Vorteil und die Eigenschaften dieser amorphen bzw. nanokristallinenen Legierungen ist beispielsweise in der EP 0 271 657 B1 ausführlich geschildert.
Die Erfindung ist im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen:
Wie in den Figuren dargestellt ist, besteht ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Stromwandler 1 aus einem Magnetkern 2, der mit einer Sekundärwicklung 3 versehen ist. Die Sekundärwicklung 3 besteht zumeist aus einigen 100 bis einigen 1000 Windungen. Die Sekundärwicklung 3 dieses Stromwandlers 1 besteht dabei aus relativ dünnem Draht, d. h. der Draht weist eine Dicke von 0,05 bis 0,25 mm auf. Die Enden der hier gezeigten Sekundärwicklung 3 sind als zweiadrige Litze 5 ausgeführt, so daß der Stromwandler 1 auf einer Platine (nicht gezeigt) angeschlossen werden kann.
Der Magnetkern 2 des hier gezeigten Stromwandlers 1 ist ein Ringbandkern aus einer amorphen Legierung. Der Ringbandkern mit der darauf befindlichen Sekundärwicklung 3 wurde über das erfindungsgemäße Niederdruck-Schmelzgußverfahren hergestellt.
Dabei wurde eine Form aus einer Aluminiumlegierung bereitgestellt (nicht gezeigt). In diese Form wurde der Ringbandkern mit der darauf befindlichen Sekundärwicklung 3 eingelegt, wobei die Sekundärwicklung 3, deren Enden als zweiadrige Litze 5 ausgeführt sind, aus der Form herausgeführt wird. Die Form wurde geschlossen und in die Form wurde eine aufgeschmolzene thermoplastische Schmelzklebermasse auf Polyamidbasis unter einem Druck von ca. 15 bar eingeführt. Dadurch entsteht um den Magnetkern 2 ein diesen umhüllender Gußkörper 4. Im Bereich der Öffnung des Ringbandkerns weist der Gußkörper 4 eine durchgehende Öffnung 5 auf, durch die die Primärwicklung (nicht gezeigt) des Stromwandlers 1 geführt werden kann.
Danach wurde die Form definiert abgekühlt. Nach Abkühlen der Form wurde die Form geöffnet und der umgossene Stromwandler 1 wurde entnommen. Nach der Entnahme des umgossenen Stromwandlers 1 wurde der Anguß entfernt.