Die Erfindung betrifft Schwingdrosseln, die in der Elektrotechnik eingesetzt werden.

In elektronischen Vorschaltgeräten zum Zünden und Betrieb von Leuchtstoffröhren werden heute vorzugsweise klassische Normbausätze der E-Kern- und RM-Baureihe eingesetzt, wie sie z.B. im Katalog "Induktive Bauelemente" der VOGT electronic AG aus dem Jahre 2000 auf den Seiten 61-01 bis 61-06 beschrieben sind. Auch sind die aus z. B. der US 4,352,080 A bekannt.

Die Spannungserhöhung zum Zünden der Leuchtstofflampen wird mittels eines Serienschwingkreises aus einer LC-Kombination erzielt. Dies ist z.B. in dem schon genannten Katalog der VOGT electronic AG auf den Seiten 60-04 und 60-05 beschrieben. Dabei entstehen an den Spulen Spannungen bis zu 4 kV_SS, und es müssen Ströme bis zu 3,5 A verarbeitet werden, oder auch mehr.

Diese Betriebsbedingungen für die Zündspule oder Schwingspule führen entsprechend den geforderten Leistungen zu Luftspalten bis zu maximal 8 mm, je nach Bausatz. Luftspalte dieser Größenordnung führen, verursacht durch das Streufeld des Kerns, zu hohen Wirbelstromverlusten in den Kupferwicklungen. Der niedrige AL-Wert (Permeabilität mal Formfaktor), verursacht durch den großen Luftspalt, benötigt relativ hohe Windungszahlen, was zwangsweise zu hohen Kupferverlusten (P_V = I² · R) führt. Notwendigerweise wird auch wegen der hohen Wirbelstromverluste der Einsatz von Litzen bei derartigen Schwingdrosseln unvermeidlich. Diese Litzenaufbauten haben gegenüber Volldrähten einige Nachteile. Sie sind von der Versorgung teurer, ihre Temperatureigenschaften und ihre mechanischen Eigenschaften sind etwas schwächer als die normaler Kupferlackdrähte, Litzen sind schwieriger zu wickeln als normale Kupferlackdrähte, und schließlich verursachen Litzen aufgrund des Beseneffektes Schwierigkeiten beim Anlegen der Drähte an Stifte.

Um die Wirbelstromverluste zu reduzieren, werden heute einige Spulen aufgepolstert, d.h. der Abstand der Wicklung zum Kern wird durch Einbringen von Isolierfolien oder durch Einspritzen von dicken Wandstärken in den Spulenkörper im Bereich des Luftspaltes künstlich vergrößert. Diese Maßnahme führt zwangsläufig wieder zu einem größeren Volumen des Gesamtbauteils bzw. zu kleineren verfügbaren Wickelräumen.

Bei Schwingdrosseln ganz allgemein soll die Spannung, die zwischen den einzelnen Wicklungslagen auftritt, die sogenannte Lagenspannung, möglichst gering sein. Die Lackschicht der Drähte muss einen Überschlag innerhalb einzelner Lagen, der aufgrund des entsprechenden Potentialunterschieds möglich wäre, verhindern. Dafür sind ferner unter anderem geringe Kammerbreiten w nötig, um die Spannung zwischen den einzelnen Lagen möglichst klein zu halten. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten diesbezüglichen Kern- und Spulenkörperkonzept, dem sogenannten Konzept des liegenden Kerns, wie es beispielsweise in Fig. 8 schematisch veranschaulicht ist, muss die Wickelfensterhöhe b durch drei zusätzliche wickelraumnehmende Kammerwände unterteilt werden, um relativ kleine Kammerbreiten w zu erreichen. Dabei entstehen vier Kammern, um die nötige Spannungsfestigkeit realisieren zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach aufgebaute Schwingdrossel bereitzustellen, die es ermöglicht, stärker als die aus dem Stand der Technik bekannten Schwingdrosseln miniaturisiert zu werden, ohne dabei wesentliche Einbußen in den elektrischen, magnetischen und thermischen Daten zu erleiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schwingdrossel nach Anspruch 1.

Bei der erfindungsgemäßen Schwingdrossel nach Anspruch 1 ist das Streufeld aufgrund der Maximierung des magnetischen Querschnitts minimiert. Dies ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Schwingdrossel nach Anspruch 1 aus den besonderen absoluten Abmessungen des Kerns in der Schwingdrossel. Ferner erfolgt eine Minimierung der Bauhöhe durch Drehung der magnetischen Achse von waagerecht (Stand der Technik) auf senkrecht. Durch die großen magnetischen Oberflächen wird eine optimale magnetische und elektrische Abschirmung Richtung Außenfeld erreicht. Ferner erfolgt eine Reduzierung der Wirbelstromverluste in das umliegende, nahe anliegende Gehäuse von elektronischen Vorschaltgeräten durch Platzierung des Luftspalts in der Raummitte. Die großen Rückenflächen der Kerne in der erfindungsgemäßen Schwingdrossel gemäß Anspruch 1 geben der erfindungsgemäßen Schwingdrossel gute Kühlmöglichkeiten und zwar sowohl in Richtung Platine, als auch in Richtung Gehäuse.

Aufgrund der Glattheit der Flächen des symmetrischen Doppel-E-Kerns in der erfindungsgemäßen Schwingdrossel nach Anspruch 1 bzw. kann die jeweils entsprechende erfindungsgemäße Schwingdrossel automatisch angesaugt oder gegriffen werden, so dass sie sich für vollautomatische Bestückungsverfahren eignet.

Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schwingdrossel nach Anspruch 1 sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 22.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schwingdrossel gemäß Anspruch 19 entfällt die Litze, was wiederum zum Wegfall der oben mit Bezug auf Litzen beschriebenen Nachteile führt. Die Litze kann aufgrund des minimalen Streufelds im Luftspaltbereich sowie wegen der sich aufgrund des großen effektiven magnetischen Querschnitts ergebenden geringen Windungszahl entfallen. Bei dieser Ausführungsform kann aufgrund des höheren Füllfaktors von Volldrähten mehr Kupfer als bei Litzenbewicklung in den Wickelraum eingebracht werden. Dadurch erfolgt eine Reduzierung der ohmschen Verluste, was die unerwünschten Frequenzverluste von Volldrähten, wie Wirbelstromverluste (aufgrund des geringen Luftspalts und der kleinen Windungszahl relativ gering), Skineffekte und Proximityeffekt in Summe zum Großteil kompensiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwingdrossel,

Fig. 2

eine Hälfte eines symmetrischen Doppel-E-Kerns aus der Schwingdrossel von Fig. 1,

Fig. 3

schematisch eine mit einem Lochraster versehene, kundenspezifisch vorgegebene Platine, auf die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwingdrossel montiert werden soll,

Fig. 4

schematisch eine zu der Platine von Fig. 3 gehörende kundenspezifische Höhenvorgabe für das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwingdrossel,

Fig. 5

schematisch ein Ausführungsbeispiel einer auf die Platine von Fig. 3 aufgesetzten erfindungsgemäßen Schwingdrossel in Draufsicht,

Fig. 6

schematisch in Seitenansicht einen zur Höhenvorgabe von Fig.4 gehörenden Doppel-E-Kern der erfindungsgemäßen Schwingdrossel von Fig. 5, und

Fig. 7

schematisch eine aus dem Stand der Technik bekannte Schwingdrossel mit stehendem E-Kern, und

Fig. 8

schematisch eine aus dem Stand der Technik bekannte Schwingdrossel mit liegendem E-Kern.

Ganz grundsätzlich sei an dieser Stelle den nachfolgenden Erläuterungen folgendes vorangestellt: Obwohl sich die nachfolgenden Erläuterungen im Wesentlichen auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit einem Doppel-E-Kern oder mit einem Doppel-EQ-Kern beziehen, so gelten die Erklärungen ganz entsprechend auch für E-I-Kerne und sogar allgemein für Kernformen mit einem Mittelschenkel 17 und zwei Außenschenkeln 18, 19. Die aufgabengemäß geforderten Schwingdrosseleigenschaften können nämlich auch mit solchen allgemeinen Kernlösungen erreicht werden. Entscheidend sind lediglich jeweils die in den einzelnen unabhängigen Patentansprüchen definierten Kriterien.

Der prinzipielle Aufbau von erfindungsgemäßen Schwingdrosseln mit einem symmetrischen Doppel-E-Kern, der zwei geometrisch gleiche Kernfenster, einen quaderförmigen Mittelschenkel 17 und zwei quaderförmige Außenschenkel 18, 19 aufweist, wird aus einer Zusammenschau der Fig. 1, 2, 5, 6 und 7 ohne weiteres ersichtlich.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwingdrossel, und in Fig. 2 ist eine Hälfte des symmetrischen Doppel-E-Kerns aus der Schwingdrossel von Fig. 1 dargestellt. Die Buchstaben in Fig. 2 bezeichnen folgende Längen:

a -

Gesamtbreite des Doppel-E-Kerns,

b -

Breite eines Kernfensters,

h -

Gesamthöhe des Doppel-E-Kerns,

i -

Breite des Mittelschenkels 17,

t -

Tiefe des Doppel-E-Kerns

l_w -

mittlere Windungslänge.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwingdrossel sind beide Außenschenkel 18, 19 des symmetrischen Doppel-E-Kerns gesetzmäßig in den angegebenen Toleranzen jeweils halb so breit wie sein Mittelschenkel 17, und die Höhe jeder der beiden Rückenplatten 22 (vgl. auch Fig. 6 und 7) des Doppel-E-Kerns ist jeweils halb so groß wie die Breite (i) seines Mittelschenkels 17.

Kundenseitig spezifisch vorgegeben wird eine mit einem Lochraster versehene Platine 21, auf die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwingdrossel montiert werden soll. Ein Beispiel für eine solche Platine 21 mit Lochraster ist in Fig. 3 dargestellt, und Fig. 4 zeigt eine zu der Platine 21 von Fig. 3 gehörende kundenspezifische Höhenvorgabe für das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwingdrossel.

Es ergeben sich als Ausführungsbeispiele z.B. zwei kundenspezifische Varianten mit folgenden konkreten Maßen: 1. Variante in mm: 2. Variante in mm $\mathit{l}\mathit{=}\mathit{7}\mathit{,}{\mathit{5}}_{\mathit{-}\mathit{0}\mathit{,}\mathit{4}}^{\mathit{0}}$ mittel:7,3mm $\mathit{l}\mathit{=}\mathit{7}\mathit{,}{\mathit{5}}_{\mathit{-}\mathit{0}\mathit{,}\mathit{4}}^{\mathit{0}}$ mittel:7,3mm $\mathit{t}\mathit{=}\mathit{15}\mathit{,}{\mathit{25}}_{\mathit{-}\mathit{0}\mathit{,}\mathit{5}}^{\mathit{0}}$ mittel:15,0mm $\mathit{t}\mathit{=}\mathit{17}\mathit{,}{\mathit{5}}_{\mathit{-}\mathit{0}\mathit{,}\mathit{5}}^{\mathit{0}}$ mittel:17,25mm $\mathit{h}\mathit{=}\mathit{13}\mathit{,}{\mathit{8}}_{\mathit{-}\mathit{0}\mathit{,}\mathit{4}}^{\mathit{0}}$ mittel:13,6mm $\mathit{h}\mathit{=}\mathit{13}\mathit{,}{\mathit{8}}_{\mathit{-}\mathit{0}\mathit{,}\mathit{4}}^{\mathit{0}}$ mittel:13,6mm $\mathit{a}\mathit{=}\mathit{25}\mathit{,}{\mathit{0}}_{\mathit{-}\mathit{0}\mathit{,}\mathit{7}}^{\mathit{0}\mathit{,}\mathit{8}}$ mittel: 25,0mm $\mathit{a}\mathit{=}\mathit{25}\mathit{,}{\mathit{0}}_{\mathit{-}\mathit{0}\mathit{,}\mathit{7}}^{\mathit{0}\mathit{,}\mathit{8}}$ mittel: 25,0mm $\mathit{b}\mathit{=}\mathit{5}\mathit{,}{\mathit{3}}_{\mathit{-}\mathit{0}\mathit{,}\mathit{3}}^{\mathit{0}\mathit{,}\mathit{3}}$ mittel:5,3mm $\mathit{b}\mathit{=}\mathit{5}\mathit{,}{\mathit{3}}_{\mathit{-}\mathit{0}\mathit{,}\mathit{3}}^{\mathit{0}\mathit{,}\mathit{3}}$ mittel;5,3mm Damit ergibt sich die mittlere Längsschnittfläche des Mittelschenkels zu $\mathrm{i}\cdot \mathrm{t}=7,3\mathrm{\hspace{0.17em}}\mathrm{mm}\cdot 15,0$ $\mathrm{mm}=\mathit{109}\mathit{,}{\mathit{5}}_{\mathit{-}\mathit{4}\mathit{,}\mathit{8}}^{\mathit{4}\mathit{,}\mathit{9}}\mathrm{\hspace{0.17em}}{\mathrm{mm}}^2.$ Die mittlere Querschnittsfläche eines Kernfensters beträgt $\mathrm{b}\cdot (\mathrm{h}-\mathrm{i}/2-$ $\mathrm{i}/2)=5,3\mathrm{\hspace{0.17em}}\mathrm{mm}\cdot 6,3\mathrm{\hspace{0.17em}}\mathrm{mm}=\mathit{33}\mathit{,}{\mathit{4}}_{\mathit{-}\mathit{3}\mathit{,}\mathit{9}}^{\mathit{4}\mathit{,}\mathit{1}}\mathrm{\hspace{0.17em}}{\mathrm{mm}}^2.$ Dabei ist als Längsschnitt der Schnitt anzusehen, der den Doppel-E-Kern in zwei einfache E-Kerne trennen würde. Der Querschnitt steht zum Längsschnitt derart senkrecht, dass im Querschnitt das Doppel-E erkennbar ist.

Fig. 5 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer solchen auf die Platine 21 von Fig. 3 aufgesetzten erfindungsgemäßen Schwingdrossel in Draufsicht dar, und Fig. 6 zeigt schematisch in Seitenansicht einen zur Höhenvorgabe von Fig. 4 gehörenden Doppel-E-Kern des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schwingdrossel von Fig. 5

Bei dem letztgenannten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwingdrossel beträgt der mittlere Quotient aus Längsschnittfläche des Mittelschenkels 17 und Querschnittsfläche eines Kernfensters des Doppel-E-Kerns 3,3. Unter Berücksichtigung der Toleranzen erhält man 2,8 - 3,9. Bei anderen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schwingdrossel ist dieses Verhältnis größer oder kleiner, wie z.B. bei der Variante 2 mit 3,7. Unter Berücksichtigung der Toleranzen erhält man für die 2. Variante 3,2 - 4,5 als Wert, wobei es jedoch in jedem Falle größer als 2,3 ist.

Bei vielen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schwingdrossel liegt die Breite i des Mittelschenkels 17 des symmetrischen Doppel-E-Kerns im Bereich von 6,0 mm bis 8,0 mm, wobei jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schwingdrossel auch kleinere oder größere Breiten i des Mittelschenkels 17 des symmetrischen Doppel-E-Kerns möglich sind.

Auch hinsichtlich der Tiefe t des symmetrischen Doppel-E-Kerns gibt es eine ganze Reihe verschiedener Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schwingdrossel. So kann die Tiefe t des symmetrischen Doppel-E-Kerns z.B. größer als 13 mm oder sogar größer als 18 mm sein, im Bereich zwischen 13 mm und 18,0 mm liegen oder bei anderen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schwingdrossel auch andere Werte haben.

Bei vielen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schwingdrossel ist die Höhe h des symmetrischen Doppel-E-Kerns kleiner als 15,25 mm und liegt im Bereich von 13 mm bis 15 mm. Andere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schwingdrossel weisen jedoch auch andere, d.h. größere oder kleinere Höhen h des symmetrischen Doppel-E-Kerns auf.

Bei vielen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schwingdrossel ist die Gesamtbreite a des symmetrischen Doppel-E-Kerns kleiner als 26,5 mm und liegt im Bereich von 24 mm bis 26 mm. Allerdings gibt es auch Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schwingdrossel, bei denen die Breite a des symmetrischen Doppel-E-Kerns größer als 26,5 mm oder kleiner als 24 mm ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwingdrossel besteht der symmetrische Doppel-E-Kern aus einem Mangan-Zink-Leistungsferrit.

Außer den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Schwingdrosseln mit einem symmetrischen Doppel-E-Kern gibt es auch entsprechende Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Schwingdrosseln mit einem symmetrischen Doppel-EQ-Kern. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen dabei der Doppel-E-Kern bzw. der Doppel-EQ-Kern zwei geometrisch gleiche Wicklungsfenster, einen quaderförmigen Mittelschenkel bzw. einen runden Mittelschenkel und zwei quaderförmige Außenschenkel bzw. zwei innenseitig konkav gekrümmte Außenschenkel auf.

Bei vielen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Schwingdrosseln liegt die Breite des Mittelschenkels des E-Kerns bzw. des EQ-Kerns im Bereich von 6,0 mm bis 8,0 mm, wobei jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Schwingdrosseln auch kleinere oder größere Breiten des Mittelschenkels möglich sind.

Auch hinsichtlich der Tiefe des symmetrischen E-Kerns bzw. EQ-Kerns gibt es ein ganze Reihe verschiedener Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Schwingdrosseln. So kann z.B. die Tiefe des symmetrischen Doppel-E-Kerns bzw. des symmetrischen Doppel-EQ-Kerns größer als 13 mm oder sogar größer als 18 mm sein.

Bei vielen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Schwingdrosseln ist die Höhe des symmetrischen Doppel-E-Kerns bzw. des symmetrischen Doppel-EQ-Kerns kleiner als 15,25 mm und liegt im Bereich von 13 mm bis 15 mm. Andere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Schwingdrosseln weisen jedoch auch andere, das heißt größere oder kleinere Höhen des symmetrischen Doppel-E-Kerns bzw. des symmetrischen Doppel-EQ-Kerns auf.

Bei vielen Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Schwingdrosseln ist die Gesamtbreite des symmetrischen Doppel-E-Kerns bzw. des symmetrischen Doppel-EQ-Kerns kleiner als 26,5 mm und liegt im Bereich von 24 bis 26 mm. Allerdings gibt es auch Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Schwingdrosseln, bei denen die Breite des symmetrischen Doppel-E-Kerns bzw. des symmetrischen Doppel-EQ-Kerns größer als 26,5 mm oder kleiner als 24 mm ist.

Fig. 7 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwingdrossel mit stehendem E-Kern. Bei diesem Konzept des stehenden Kerns liegt der Kern mit einer seiner Breitseiten 22 auf der Platine 21 (vgl. Fig. 5) auf. Ein diesbezüglicher Eckstift oder Pin 20 zum Einstecken in die Platine 21 ist links unten in Fig. 7 zu sehen.

Vergleicht man das in Fig. 7 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwingdrossel mit stehendem E-Kern mit der in Fig. 8 schematisch dargestellten, aus dem Stand der Technik bekannten Schwingdrossel mit liegendem E-Kern, so wird der bereits weiter oben angedeutete Unterschied sichtbar. Aufgrund der geringen Kern lensterbreite b des stehenden E-Kern-Konzeptes (Fig. 7) muss die Wickelfensterbreite b_f nur durch eine Kammerwand unterteilt werden, um eine relativ geringe Kammerbreite w und somit kleine Lagenspannungen zu erreichen. Es entstehen dabei zwei Kammern. Beim alten liegenden Konzept hingegen (Fig. 8) muss die Wickelfensterbreite b_f durch drei zusätzliche, wickelraumnehmende Kammerwände unterteilt werden, um relativ kleine Kammerbreiten w zu erreichen. Dabei entstehen vier Kammern, um die nötige Spannungsfestigkeit realisieren zu können. Das Besondere am neuen, stehenden E-Kern-Konzept ist, dass durch das Design bedingt nur eine Kammerwand und somit nur zwei Kammern nötig sind, um die Lagenspannung zwischen den einzelnen Lagen genügend klein zu halten. Zudem verliert man mit einer Kammerwand weniger Wickelraum.

Wie bereits oben, zu Beginn der Erläuterung der Ausführungsbeispiele, ausdrücklich erklärt wurde, lassen sich die vorstehenden Erläuterungen für Ausführungsbeispiele von Schwingdrosseln mit Doppel-E-Kern oder mit Doppel-EQ-Kern ganz entsprechend auch auf Ausführungsbeispiele von Schwingdrosseln mit anderen Kernformen, die einen Mittelschenkel und zwei Außenschenkel aufweisen, übertragen. Die Schenkel können dabei auf ganz verschiedene Weise ausgeführt sein. Der Mittelschenkel kann beispielsweise rechteckig, rechteckig mit gerundeten Ecken, elliptisch oder kreisförmig sein. Die Außenschenkel sind dabei meistens so geformt, dass die äußere Wickelkontur, welche durch die Form des Mittelschenkels festgelegt wird, nachgebildet wird. Neben Doppel-Kern-Lösungen gibt es dabei auch Platte-Kern-Lösungen.

Eine solche Platte-Kern-Lösung ist z.B. ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwingdrossel mit E-I-Kern. Die E-I-Kern-Lösung besteht aus einem E-Kern mit längeren Schenkeln, kombiniert mit einer Platte, wobei sich der Luftspalt ausschließlich im E-Kern direkt unter Platte befindet. Das genannte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwingdrossel mit E-I-Kern entspricht dabei von seinen Grundmaßen betrachtet der oben ausführlich erläuterten Doppel-E-Kern-Lösung.