[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernkörper aus ferromagnetischem Material,
einen Magnetkern für ein induktives Bauelement gebildet aus einem entsprechenden Kernkörper
und ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung Kernkörper zur Herstellung von Magnetkernen, die in Drosselspulen oder Transformatoren
eingesetzt werden können.
[0002] Transformatoren und Drosselspulen stellen im Allgemeinen induktive Bauelemente der
Elektrotechnik dar, die in elektrischen oder elektronischen Schaltungen in unterschiedlichen
technischen Bereichen eingesetzt werden. Obgleich Transformatoren und Drosseln einen
ähnlichen Aufbau aufweisen, sind ihre Einsatzgebiete voneinander verschieden. Drosseln
stellen niederohmige Spulen zur Reduzierung hochfrequenter Ströme auf elektrischen
Leitungen dar und werden im Bereich der Stromversorgung elektrischer und elektronischer
Geräte, in der Leistungselektronik und in der Hochfrequenztechnik eingesetzt. Transformatoren
dienen im Allgemeinen zur Erhöhung oder Verringerung von Wechselspannungen, wobei
meistens die Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse von Transformatoren galvanisch
getrennt sind.
[0003] Die in modernen Anwendungen auftretenden Anforderungen an elektronische und elektrische
Schaltungen erfordern häufig eine Miniaturisierung basierend auf dem Wunsch kompakterer
Ausgestaltungen von elektrischen und elektronischen Bauteilen, geringere Verluste
und maximales Leistungsvermögen bei gleichzeitiger flexibler Anpassung an unterschiedliche
Spannungsquellen. So ist beispielsweise in vielen Anwendungen ein von Schwankungen
in einer Versorgungsspannung unabhängiger Betrieb von elektrischen und elektronischen
Schaltungen wünschenswert. Außerdem ist eine zunehmende Miniaturisierung von elektrischen
und elektronischen Schaltungen nur dann möglich, wenn sichergestellt ist, dass Verluste
und Toleranzen bei der Herstellung einzelner Bauelemente von elektrischen und elektronischen
Schaltungen so gering wie möglich gehalten oder weitgehend kompensiert werden. Dies
bedeutet für induktive Bauteile, wie z.B. Drosseln und Transformatoren, dass für diese
Bauteile vorgegebene Eigenschaften, wie z.B. geometrische Abmessungen und physikalische
Eigenschaften wie Induktivität, Wärmeleitung und dergleichen, möglichst wenigen Toleranzen
unterliegen bzw. von gewünschten physikalischen Eigenschaften geringstmöglich abweichen.
Dies bedeutet für die Herstellung induktiver Bauelemente, dass Toleranzen in der Fertigung
von Magnetkernen verringert und kompensiert werden.
[0004] In der Fertigung von induktiven Bauelementen treten im Allgemeinen bei der Herstellung
von Magnetkernen herstellungsbedingte Toleranzen auf, die trotz aller Optimierung
nicht zu vermeiden sind. So sind beispielsweise bei der Sinterung von Kernkörpern
gebildet aus Ferritmaterial Längentoleranzen von +/- 2,5% zu erwarten, da Ferritmaterial
bei Sintervorgängen thermisch bedingte Längenänderungen erfährt. Ist nun ein Magnetkern
aus einzelnen Kernkörpern zu bilden, die aus gesintertem Ferritmaterial gebildet sind,
so können bei zusammengesetzten Magnetkernen demzufolge Toleranzen im Bereich von
+/- 2,5% pro Kernkörper nicht ausgeschlossen werden, was für einen Magnetkern gebildet
aus zwei Kernkörpern zu einer Toleranz von +/-5% führt.
[0005] Die auftretenden Toleranzen führen vor allem an den Verbindungsflächen zu Problemen,
die neben einer Beeinflussung der induktiven Eigenschaften auch mechanische Eigenschaften
verändert, wie z.B. die mechanische Stabilität des Magnetkerns, wie im Folgenden erläutert
wird. Aufgrund der bei Kernkörpern auftretenden Längentoleranzen ergeben sich bei
der Herstellung von Magnetkernen an den Berührflächen der verwendeten Kernkörper Versatzabschnitte,
die eine bündige Verbindung der Berührflächen verhindert. Fig. 1 stellt schematisch
in einer nicht maßstabsgetreuen Querschnittansicht eine Bildung eines Magnetkerns
gemäß einer doppel E-Kernkonfiguration aus zwei Kernkörpern 1 und 3 dar. Der Kernkörper
1 weist hierbei zwei Seitenschenkel 11, 15 und einen Mittelschenkel 13 auf. Entsprechend
weist der Kernkörper 3 zwei Seitenschenkel 31, 35 und einen Mittelschenkel 33 auf.
Eine toleranzbedingte Abweichung in den Breiten der Schenkel 11, 31 der Kernkörper
1 und 3 ist anhand des Bezugszeichens V1 in Fig. 1 schematisch dargestellt.
[0006] Um die beiden Kernkörper 1 und 3 trotz der angedeuteten Abweichung V1 miteinander
in einer definierten und reproduzierbaren Weise zu verkleben, werden beide Kernkörper
1, 3 im Klebeprozess an einer Anschlagsfläche 5 zum Kernabgleich angeschlagen. Hierbei
ergibt sich, wie in Fig. 1 dargestellt ist, ein zunehmender Versatz zwischen den Schenkeln
der Kernkörper 1 und 3, wie anhand des Versatzes V2 hinsichtlich der Mittelschenkel
33 und 13 und des Versatzes V3 hinsichtlich der Seitenschenkel 35 und 15 dargestellt
ist. Trotz des Abgleichs an einer äußeren Kernfläche beider Seitenschenkel 11 und
31 mittels der Anschlagsfläche 5 nimmt der Versatz mit zunehmender Entfernung von
der Anschlagsfläche 5 (in Normalenrichtung zur Anschlagsfläche 5) zu, wie in Fig.
1 dargestellt ist. Der aus den Kemkörpem 1 und 3 entsprechend gebildete Magnetkern
weist folglich eine sehr starke Unsymmetrie in seinen Schenkeln auf. Es ist zu beachten,
dass die magnetisch wirksame Querschnittfläche an den Berührflächen der Schenkel beider
Kernkörper 1 und 3 entlang des Magnetkerns zu einer Seite des Magnetkerns hin abnimmt.
Damit ergeben sich in den Kernschenkeln (11, 31), (13, 33) und (15, 35) unterschiedliche
Werte für den magnetischen Widerstand und unerwünschte Quellen für Streuflüsse im
Magnetkern, so dass sich die Induktivität für den aus den Kernkörpern 1, 3 entsprechend
hergestellten Magnetkern unkontrolliert ändert und insbesondere von einer gewünschten
Induktivität abweicht. Aufgrund des Versatzes in den Kernschenkeln und der damit verbundenen
Fehlabgleichung der Schenkel bzw. der an den Verbindungsflächen nicht bündig verbundenen
Schenkel ergeben sich dort auch strukturelle Schwachpunkte, die schlechte mechanische
Eigenschaften bedingen, den Magnetkern anfälliger für Beschädigungen machen und zu
Problemen in Prozessen führen können, die auf die Magnetkernherstellung folgen. Folglich
kann eine genaue Einstellung von gewünschten Eigenschaften für das herzustellende
induktive Bauelement nicht mehr sichergestellt werden.
[0007] Ausgehend von dem voran dargestellten Problem ist es folglich wünschenswert einen
Kernkörper, einen aus Kernkörpern gebildeten Magnetkern und ein Verfahren zum Herstellen
eines Magnetkerns bereitzustellen, bei dem Toleranzen kompensiert werden.
[0008] Die vorangehend dargestellten Aufgaben und Probleme werden gelöst durch einen Kernkörper,
der eine Ausrichtstruktur aufweist und ein von Fertigungstoleranzen unabhängiges Ausrichten
bei der Herstellung von Magnetkerne ermöglicht, bei dem die Fertigungstoleranzen kompensiert
werden. Insbesondere bei gesinterten Kernkörpern wird somit das magnetische Leistungsvermögen
von herzustellenden induktiven Bauelementen trotz Sintertoleranzen nicht negativ beeinflusst.
[0009] In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kernkörper aus ferrromagnetischem
Material bereitgestellt. Der Kernkörper umfasst ein Querjoch mit einer Längendimension
und einer Breitendimension, wobei ein Verhältnis von Längendimension zu Breitendimension
größer 1 ist. Ferner umfasst der Kernkörper wenigstens einen Kernschenkel, der sich
seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung davon weg erstreckt,
wobei die Erstreckungsrichtung senkrecht zur Längendimension und Breitendimension
orientiert ist, und eine Ausrichtausnehmung, die in einer rückseitigen Oberfläche
des Querjochs ausgebildet ist. Die rückseitige Oberfläche ist hierbei auf einer dem
wenigstens einen Kernschenkeln gegenüber liegenden Seite des Querjochs angeordnet.
[0010] In einer anschaulichen Ausführungsform kann die Ausrichtausnehmung am Flächenschwerpunkt
der rückseitigen Oberfläche angeordnet sein. Dadurch wird in reproduzierbarer Weise
eine von Fertigungstoleranzen unabhängige Anordnung der Ausrichtausnehmung am Kernkörper
bereitgestellt, die eine symmetrische Ausrichtung des Kernkörpers ermöglicht.
[0011] In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann der Kernkörper ferner wenigstens
einen zweiten Kernschenkel aufweisen. Hierin ist die Ausrichtausnehmung relativ zu
zwei hinsichtlich der Längsdimension außermittig angeordneten Kernschenkeln in der
rückseitigen Oberfläche zentriert angeordnet. Auf diese Weise kann eine symmetrische
Ausrichtung des Kernkörpers erreicht werden, falls der Kernkörper eine C- oder E-Kernkonfiguration
aufweist. Ein durch Fertigungstoleranzen hervorgerufenen Kernversatz ist hierbei über
einen herzustellenden Magnetkern symmetrisch verteilbar und folglich können durch
Fertigungstoleranzen hervorgerufene Abweichungen schon in der Herstellung minimiert
werden.
[0012] In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann der wenigstens eine Kernschenkel
am Querjoch senkrecht zur Erstreckungsrichtung mittig angeordnet sein. Weiterhin ist
die Ausrichtausnehmung herbei hinsichtlich einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung
orientierten Querschnittfläche des Kernschenkels flächenzentriert angeordnet. Dadurch
kann eine symmetrische Ausrichtung des Kernkörpers hinsichtlich des mittig angeordneten
Kernschenkels erreicht werden.
[0013] In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann die Ausrichtausnehmung eine
Ausrichtfläche aufweisen, die wenigstens bereichsweise gemäß einem Teilbereich einer
Halbkugeloberfläche oder einer Kegeloberfläche ausgebildet ist. Auf diese Weise können
Streuflüsse verringert werden. Eine entsprechend ausgebildete Ausrichtausnehmung ist
außerdem auch dahingehend vorteilhaft, dass entsprechend ausgebildete Ausrichtwerkzeuge
zum Ausrichten des Kernkörpers verwendet werden können, wobei die Gefahr einer Beschädigung
des Kernkörpers verringert wird.
[0014] In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann die Ausrichtausnehmung wenigstens
drei ebene Ausrichtflächen aufweisen. Durch die Bereitstellung dreier ebener Ausrichtflächen
kann durch eine bestimmte Orientierung der Ausrichtflächen in der Ausrichtausnehmung
eine spezielle Ausrichtorientierung des Kernkörpers bezeichnet werden. Ausgehend davon
kann in automatisierten Ausrichtvorgängen sichergestellt werden, dass der Kernkörper
während des Ausrichtvorgangs in einer gewünschten Ausrichtorientierung angeordnet
wird. Beispielsweise kann eine tetraeder-förmige Ausrichtöffnung vorgesehen sein.
Alternativ können quaderförmige Ausrichtöffnungen, pyramidenförmige Ausrichtöffnungen
oder allgemein polyedrische Ausrichtöffnungen bzw. Kombinationen davon vorgesehen
sein, um einen zuverlässigen Eingriff mit entsprechend ausgebildeten Ausrichtwerkzeugen
zu ermöglichen.
[0015] In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform beträgt eine Breitendimension der
Ausrichtausnehmung weniger als 50% der Breitendimension des Kernkörpers. Eine Längendimension
der Ausrichtausnehmung beträgt weniger als 50% der Längendimension des Kernkörpers.
Dadurch wird sichergestellt, dass die Ausrichtausnehmung eine zweidimensionale Ausrichtung
in vorteilhafter Weise gewährleistet, d.h. eine Ausrichtung entlang zweier voneinander
unabhängiger Richtungen in der rückseitigen Oberfläche des Querjochs bzw. parallel
dazu.
[0016] In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist eine Tiefenerstreckung der Ausrichtausnehmung
in den Kernkörper weniger als 50% einer Höhendimension des Querjochs, die parallel
zur Erstreckungsrichtung orientiert ist. Dies stellt eine vorteilhafte Maßnahme dar,
um einen negativen Einfluss der Ausrichtausnehmung auf einen Magnetfluss im Querjoch
zu verhindern.
[0017] In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist der Kernkörper aus gesintertem
Ferritmaterial gebildet. Damit werden bei Magnetkernen, die aus gesinterten Kernkörpern
gebildet werden, Fertigungstoleranzen vorteilhaft kompensiert.
[0018] In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetkern für ein induktives
Bauteil bereitgestellt. Der Magnetkern umfasst dabei einen ersten Kernkörper aus ferromagnetischem
Material gemäß dem ersten Aspekt und einen zweiten Kernkörper aus ferromagnetischem
Material, der ein zweites Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension
und wenigstens einen Kernschenkel umfasst, der sich seitlich von dem Querjoch in Erstreckungsrichtung
davon weg erstreckt. Ein Verhältnis von Längendimension zu Breitendimension ist hierbei
größer 1. Der erste und zweite Kernkörper sind mittels der Kernschenkel verbunden.
Damit werden Magnetkerne mit einem anhand der Ausrichtausnehmung ausrichtbaren ersten
Kernkörper bereitgestellt, wobei Fertigungstoleranzen vorteilhaft kompensiert werden.
Magnetkerne gemäß diesem Aspekt können z.B. eine H- oder CI- oder EI- oder EE-Kernkonfiguration
aufweisen.
[0019] In einer anschaulichen Ausführungsform hierin können beide Kernkörper des Magnetkerns
jeweils eine Ausrichtausnehmung aufweisen. Damit kann ein vorteilhaftes Ausrichten
beider Kernkörper zueinander erreicht werden.
[0020] In einem dritten Aspekt der vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen
eines Magnetkerns bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Pulvers
aus ferromagnetischem Material, ein Pressen von einem in eine Pressform eingefüllten
ferromagnetischen Material, um einen Pressling herzustellen, ein Sintern des Presslings
zum Bilden eines ersten gesinterten Kernkörpers, ein Ausrichten des ersten gesinterten
Kernkörpers relativ zu einem zweiten Kernkörper und ein nachfolgendes Verbinden des
ersten gesinterten Kernkörpers mit dem zweiten Kernkörper. Der dabei beim Pressen
hergestellte Pressling umfasst ein Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension,
mindestens einen Kernschenkel, der sich seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung
davon wegerstreckt und eine Ausrichtausnehmung. Ein Verhältnis von Längendimension
zu Breitendimension ist hierbei größer 1. Die Pressform weist außerdem eine Struktur
auf, durch die die Ausrichtausnehmung im Pressling hervorgerufen wird. Das Ausrichten
des gesinterten Kernkörpers relativ zu dem zweiten Kernkörper erfolgt mittels einer
Ausrichtvorrichtung, die ein Eingriffselement aufweist, das vor dem Ausrichten mit
der Ausrichtausnehmung des gesinterten Kernkörpers in Eingriff gebracht wird, wobei
die Ausrichtung entlang der Längen- und Breitendimensionen erfolgt. Folglich kann
eine Ausrichtung der Kernkörper relativ zueinander vor einem Verbinden der Kernkörper
erfolgen, um einen toleranzbedingten Kernversatz zwischen den Kernkörpern symmetrisch
zu verteilen bzw. zu kompensieren.
[0021] In einer anschaulichen Ausführungsform weist das Eingriffselement wenigstens eine
Fangfläche und/oder eine Fangkante auf, um in die Ausrichtausnehmung einzugreifen.
[0022] In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist der zweite Kernkörper ein weiterer
gesinterter Kernkörper und weist eine weitere Ausrichtausnehmung auf, in das ein weiteres
Eingriffselement der Ausrichtvorrichtung während des Ausrichtens eingreift.
[0023] In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform weisen beide Kernkörper jeweils ein
Querjoch und einen am jeweiligen Querjoch mittig angeordneten Kernschenkel auf und
die mittig angeordneten Kernschenkel werden zueinander symmetrisch ausgerichtet. Dadurch
kann auf einfache Weise eine symmetrische Verteilung eines Kernversatzes über den
Magnetkern hinweg erreicht werden.
[0024] Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemäß unterschiedlicher
Aspekte werden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
- Fig.1
- stellt schematisch die Herstellung eines bekannten Magnetkerns in EE-Konfiguration
unter Fertigungstoleranzen dar.
- Fig.2a
- zeigt schematisch einen C-Kernkörper in einer perspektivischen Ansicht gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- Fig.2b
- zeigt schematisch einen E-Kernkörper gemäß einer anderen anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
- Fig.2c
- zeigt schematisch den in Fig. 2b dargestellten E-Kernkörper in einer Querschnittansicht.
- Fig.3
- zeigt schematisch ein Ausrichten zweier Kernkörper gemäß anschaulichen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
- Fig.4a
- zeigt schematisch in einer Querschnittansicht eine Ausrichtausnehmung und ein Eingriffselement
gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
- Fig.4b
- zeigt schematisch in einer Querschnittansicht eine Ausrichtausnehmung gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
[0025] In der folgenden detaillierten Beschreibung werden verschiedene anschauliche Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gemäß ihrer unterschiedlichen Aspekte hinsichtlich der
beiliegenden Figuren beschrieben.
[0026] Fig.2a stellt einen Kernkörper 200a gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar. Der Kernkörper 200a umfasst ein Querjoch 210 mit einer
Längendimension L und einer Breitendimension B, die entlang entsprechender Längen-
und Breitenrichtungen festgelegt sind. Ein Aspektverhältnis, das durch ein Verhältnis
der Längendimension L zu der Breitendimension B definiert ist, ist größer 1. Beispielhafte
Aspektverhältnisse können 1,1 oder mehr, 1,5 oder mehr, 2 oder mehr oder wenigstens
5 betragen.
[0027] Senkrecht zu Richtungen parallel zu den Dimensionen L und B ist eine Erstreckungsrichtung
E festgelegt. Entlang der Erstreckungsrichtung E erstrecken sich von dem Querjoch
210 zwei Seitenschenkel 230 weg. Auf einer entlang der Erstreckungsrichtung E den
Seitenschenkeln 230 gegenüberliegenden Seite des Querjochs 210 ist eine rückseitige
Oberfläche 213 des Querjochs 210 angeordnet. In der rückseitigen Oberfläche 213 ist
ferner eine Ausrichtausnehmung 240 ausgebildet. In einigen anschaulichen Beispielen
kann die Ausrichtausnehmung 240 in der rückseitigen Oberfläche 213 des Querjochs 210
eine kreisförmige oder elliptische Kante aufweisen, wie in Fig. 2a dargestellt ist.
Alternativ kann die Ausrichtausnehmung 240 durch eine polyedrische Vertiefung gebildet
werden. Anders gesagt kann eine in der rückseitigen Oberfläche 213 des Querjochs 210
gebildete Kante der Ausrichtausnehmung 240 die Form eines Polygons aufweisen.
[0028] In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist die Ausrichtausnehmung 240 an einem
Flächenschwerpunkt der rückseitigen Oberfläche 213 angeordnet. Dies erlaubt eine hinsichtlich
der Längendimension L und der Breitendimension B symmetrische Ausrichtung des Kernkörpers
200a während eines Ausrichtvorgangs, der später beschrieben wird. Zusätzlich oder
alternativ kann die Ausrichtausnehmung 240 entlang der Längendimension L relativ zu
den Seitenschenkeln mittig angeordnet sein. Mit anderen Worten, die Ausrichtausnehmung
240 kann entlang der Längendimension L in der rückseitigen Oberfläche 213 derart angeordnet
sein, dass ein Abstand gemessen entlang der Längendimension L zu einem der Seitenschenkel
230 gleich einem in entgegengesetzter Richtung entlang der Längendimension L gemessenen
Abstand zu dem anderen Seitenschenkel 230 ist. Dadurch kann anhand der Ausrichtausnehmung
240 eine symmetrische Ausrichtung bezüglich der Seitenschenkel 230 in einem Ausrichtvorgang
erfolgen.
[0029] In einigen anschaulichen Ausführungsformen hierin ist die Ausrichtausnehmung 240
derart dimensioniert, dass eine Längendimension der Ausnehmung 240 entlang der Längendimension
L des Querjochs weniger als 50% der Längendimension des Querjochs beträgt, während
eine Breitendimension der Ausrichtausnehmung 240 entlang der Breitendimension B weniger
als 50% der Breitendimension B des Querjochs 210 beträgt. Beispielsweise kann eine
Breitendimension der Ausrichtausnehmung und/oder eine Längendimension der Ausrichtausnehmung
50% oder weniger der Längendimension L und/oder der Breitendimension B des Querjochs
210 betragen. In einigen speziellen anschaulichen Beispielen kann eine Längendimension
der Ausrichtausnehmung 240 und/oder eine Breitendimension der Ausrichtausnehmung 240
höchstens 15% oder höchstens 5% der Längendimension L und/oder der Breitendimension
B des Querjochs 210 betragen. In einem weiteren expliziten Beispiel beträgt eine Längendimension
der Ausrichtausnehmung 240 und/oder eine Breitendimension der Ausrichtausnehmung 240
höchstens 10% oder höchstens 1 % der Längendimension L und/oder der Breitendimension
B des Querjochs 210. In diesen anschaulichen Ausführungsformen kann eine Ausrichtung
des Kernkörpers 200a mittels der Ausrichtausnehmung 240 zu einer Genauigkeit erfolgen,
die von den Dimensionen der Ausrichtausnehmung abhängt.
[0030] In einigen anschaulichen Ausführungsformen weist die Ausrichtausnehmung 240 eine
Tiefenerstreckung von der rückseitigen Oberfläche 213 in das Material des Querjochs
210 auf, die, gemessen entlang der Erstreckungsrichtung E von der rückseitigen Oberfläche
213 in das Material des Querjochs 210,höchstens 50%oder weniger von einer Höhendimension
des Querjochs gemessen außerhalb der Seitenschenkel 230 entlang der Richtung E beträgt.
In einigen speziellen Ausführungsformen beträgt die Tiefenerstreckung z.B. höchstens
20% oder höchstens 5%. In einigen speziellen anschaulichen Beispielen hierin kann
die Tiefenerstreckung der Ausrichtausnehmung etwa höchstens 2% oder sogar nur höchstens
1% der Höhendimension des Querjochs betragen. Hierdurch können durch die Ausrichtausnehmung
240 hervorgerufene Streueinflüsse unterdrückt werden.
[0031] Es wird angemerkt, dass die Ausrichtausnehmung 240 insgesamt derart dimensioniert
ist, dass ein durch die Ausrichtausnehmung hervorgerufener 240 Streueinfluss (im Rahmen
der Messgenauigkeit) die magnetischen Eigenschaften des Kernkörpers 200a kaum beeinflusst.
Insbesondere bei Messungen an erfindungsgemäßen Kernkörpern im Vergleich zu Vergleichskernkörpern
ohne entsprechend ausgebildete Ausrichtausnehmung Abweichungen liegen eventuelle,
durch die Ausrichtausnehmung im induktiven Verhalten des Kernkörpers hervorgerufene
Änderungen bei weniger als 5% oder sogar bei weniger als 1%.
[0032] Anhand von Fig. 2b werden alternative anschauliche Ausführungsformen beschrieben.
Fig. 2b zeigt einen gemäß einer E- oder T-Kernkonfiguration ausgebildeten Kernkörper
200b, der von dem Querjoch 210 (vgl. Querjoch 210 gemäß Fig. 2a) auf einer der rückseitigen
Oberfläche 213 des Querjochs 210 hinsichtlich der Erstreckungsrichtung E gegenüberliegenden
Seiten angeordnete optionale Seitenschenkel 230 und einen Mittelschenkel 233 aufweist.
Der in Fig. 2b dargestellte Kernkörper 200b unterscheidet sich, neben den als optional
anzusehenden Seitenschenkeln 230, von dem anhand von Fig. 2a beschriebenen Kernkörper
200a durch den Mittelschenkel 233.
[0033] Der Mittelschenkel 233 ist gemäß anschaulicher Ausführungsformen bezüglich der Längsdimension
des Querjochs 210 (vgl. Fig. 2a) mittig angeordnet. Dies bedeutet, dass Abstände von
dem Mittelschenkel zu den optionalen Seitenschenkeln 230 bzw. zu den entsprechenden
gegenüberliegenden Seiten des Querjochs jeweils gleich groß sind.
[0034] Es wird angemerkt, dass die Seitenschenkel 230 optionale Strukturen des Kernkörpers
200b darstellen, wie anhand der gestrichelten Linien in Fig. 2b angedeutet ist. Insbesondere
weist der Kernkörper 200b gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen lediglich
den Mittelschenkel 233 auf und der Kernkörper 200b ist gemäß einer T-Konfiguration
ausgebildet. Alternativ hierzu sind in anderen anschaulichen Ausführungsformen des
Kernkörpers 200b wenigstens ein Seitenschenkel 230 und der Mittelschenkel 233 vorgesehen.
[0035] In einigen anschaulichen Ausführungsformen ist die Ausrichtausnehmung 240 hinsichtlich
einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung orientierten Querschnittfläche des Kernschenkels
flächenzentriert angeordnet. Dadurch kann eine symmetrische Ausrichtung des Kernkörpers
200b hinsichtlich des Mittelschenkels 233 erfolgen.
[0036] Fig. 2c stellt schematisch eine Querschnittansicht entlang der Linie X-X der perspektivischen
Darstellung des Kernkörpers 200b in Fig. 2b dar. Ein Mittelpunkt der Querschnittfläche
des Mittelschenkels 233 ist in Fig. 2c durch das Bezugszeichen 235 angedeutet. Es
ist ersichtlich, dass die Ausrichtausnehmung 240 relativ zu dem Mittelpunkt 235 ausgerichtet
angeordnet ist. Optionale Seitenschenkel sind hierbei durch gestrichelte Linien angedeutet.
[0037] Die Ausrichtausnehmung 240 kann, wie in Fig. 2c dargestellt, ebene Ausrichtflächen
242 aufweisen. In der gemäß Fig. 2c dargestellten Ausführungsform kann die Ausrichtausnehmung
240 gemäß einer keilförmigen Vertiefung ausgebildet sein. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen kann die Ausrichtausnehmung 240 durch eine kegelförmige Vertiefung
bereitgestellt werden. Alternativ kann die Ausrichtausnehmung 240 tetraeder-förmig
ausgebildet sein. Es wird angemerkt, dass im Fall einer tetraeder-förmigen Vertiefung
eine bestimmte Orientierung des Kernkörpers 200b ausgezeichnet sein kann. Beispielsweise
kann ein durch eine tetraeder-förmige Vertiefung gebildetes Kantendreieck in der rückseitigen
Oberfläche 213 derart orientiert sein, dass Dreieckspitzen des Kantendreiecks in spezifische
Richtungen zeigen. Weitere alternative Ausgestaltungen der Ausrichtausnehmung werden
weiter unten im Hinblick auf die Fig. 4a und 4b beschrieben.
[0038] Fig. 3a stellt anschaulich ein Ausrichten zweier Kernkörper 200b und 200c gemäß einiger
anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Obgleich die Kernkörper
200b und 200c gemäß E-Konfigurationen ausgebildet sind, stellt dies keine Beschränkung
der vorliegenden Beschreibung dar und alternativ können Kernkörper gemäß T-, C-, I-
und E-Konfigurationen und in unterschiedlichen Kombinationen miteinander kombiniert
sein. Hinsichtlich der Darstellung in Fig. 3 wird ferner angemerkt, dass die Kerne
200b und 200c als hinsichtlich einer durch die Schwerkraft ausgezeichneten Richtung
nebeneinander liegend oder aufeinander liegend verstanden werden können.
[0039] Der Kernkörper 200b ist darstellungsgemäß in Entsprechung zu dem in den Fig. 2b und
2c dargestellten und diesbezüglich beschriebenen Kernkörper 200b ausgebildet.
[0040] Der Kernkörper 200c ist ähnlich dem Kernkörper 200b ausgebildet, wobei sich von einem
Querjoch 210c des Kernkörpers 200c in der Erstreckungsrichtung E Seitenschenkel 230c
und ein Mittelschenkel 233c wegerstrecken. Auf einer hinsichtlich der Kernschenkel
230c, 233c gegenüber liegend angeordneten rückseitigen Oberfläche 213c des Querjochs
210c ist eine Ausrichtausnehmung 240c ausgebildet.
[0041] Die Kernkörper 200b und 200c werden derart aneinander gelegt, dass die Kernschenkel
230, 233 und 230c, 233c zueinander weisen und einander an Berührflächen 11, 12 und
13 berühren. Es wird angemerkt, dass zum Verbinden der Kernkörper 200b und 200c die
Berührflächen I1, I2 und I3 mit einem Verbindungsmittel, beispielsweise einem Klebemittel
und der gleichen, präpariert sein können, um eine dauerhafte Verbindung der Kernkörper
200b und 200 c zu erreichen, um einen Magnetkern zu bilden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen
bei der Herstellung der Kernkörper 200b und 200c sind die Schenkel 230 und 230c, 233
und 233c nicht ohne Kernversatz zueinander ausrichtbar.
[0042] Anhand einer Ausrichtvorrichtung mit Eingriffselementen 250a und 250b sind die Kernkörper
200b und 200c relativ zueinander ausrichtbar, so dass ein Kernversatz symmetrisch
über den Magnetkern verteilt werden kann, so dass ein rechtseitiger Kernversatz V4
und ein linksseitiger Kernversatz V5 zwischen den jeweiligen Seitenschenkeln 230 und
230c abgeglichen werden, insbesondere gleich groß und gleichzeitig minimal sind. Dies
hat zur Folge, dass der magnetisch wirksame Kernquerschnitt an den Seitenschenkeln,
wie er durch die Berührflächen I1 und I3 dargestellt ist, symmetrisch und trotz Kernversatz
V4 und V5 maximal ist. Durch die Ausrichtung der Kernkörper 200b und 200c zueinander
anhand der in die entsprechenden Ausrichtausnehmungen 240 und 240c eingreifenden Eingriffselemente
250a und 250b werden die Mittelschenkel 233 und 233c der Kernkörper 200b und 200c
derart zur Deckung gebracht, dass die Berührflächen der Mittelschenkel 233, 233c sich
symmetrisch und bündig berühren, insbesondere eine aktive Querschnittsfläche des zusammengesetzten
Mittelschenkels kleiner wird als eine kleinste Querschnittsfläche aus den Querschnittsflächen
der beiden Mittelschenkel 233, 233c. Die Querschnittflächen der Mittelschenkel 233c
und 233 können aufgrund der abgeglichenen Berührfläche 12 als magnetisch wirksame
Querschnittflächen vollständig vom Magnetfluss durchsetzt werden und es wird eine
sehr streuarme Führung des Magnetflusses im Mittelschenkel des hergestellten Magnetkerns
trotz Fertigungstoleranzen erreicht.
[0043] In einigen anschaulichen Ausführungsformen werden die Kernkörper 200b und 200c durch
hinsichtlich der jeweiligen Mittelschenkel 233 und 233c mittig angeordnete Ausrichtausnehmungen
240 und 240c ausgerichtet, bis die Ausrichtausnehmungen 240 und 240c entlang der Erstreckungsrichtung
E genau gegenüberliegend angeordnet sind und folglich die Ausrichtausnehmungen 240
und 240c entlang der Erstreckungsrichtung E abgeglichen sind. Demzufolge wird eine
symmetrische Ausrichtung der Mittelschenkel 233 und 233c zueinander eingestellt.
[0044] Zusätzlich oder alternativ kann eine hinsichtlich der Querjoche 210 und 210c symmetrische
Ausrichtung der Kernkörper 200b und 200c durch in Flächenschwerpunkten der rückseitigen
Oberflächen 213 und 213c angeordnete Ausrichtausnehmungen 240 und 240c erreicht werden.
Zusätzlich oder alternativ kann eine hinsichtlich der Seitenschenkel 230 und 230c
symmetrische Ausrichtung der Kernkörper 200b und 200c zueinander durch Ausrichtausnehmungen
240 und 240c erreicht werden, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung entlang den Längendimensionen
der Kernkörper 200b und 200c mittig angeordnet sind.
[0045] Gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die
Ausrichtvorrichtung Eingriffselemente 250a und 250b auf, die als Fangstifte 251 a
und 151b ausgebildet sind, wobei in einer Oberfläche der Fangstifte 251 a und 251
b entsprechende Vorsprünge 253a und 253b ausgebildet sind, die zum Eingriff in die
entsprechende Ausrichtausnehmung 240 und 240c konfiguriert sind. Die Vorsprünge 253a
und 253b weisen dazu Fangflächen und/oder Fangkanten auf, die mit inneren Oberflächen
und/oder Kanten der Ausrichtausnehmungen 240 und 240c in Eingriff gebracht werden.
Beispielsweise können die Vorsprünge 253a und 253b als entsprechendes Negativ zur
Ausrichtausnehmung 240 und 240c ausgebildet sein. In diesem Fall liegen die Fangflächen
der Vorsprünge 253a und 253b beim Eingriff in die Ausrichtausnehmung 240, 240c an
die inneren Oberflächen der Ausrichtausnehmung 240, 240c bündig an. Durch eine geführte
Positionierung der Eingriffselemente 250a und 250b mit in die entsprechenden Ausrichtausnehmungen
240 und 240c eingreifenden Fangstiften 251a und 251 b kann somit eine Ausrichtung
der Kernkörper 200b und 200c relativ zueinander gemäß vorangehender Erläuterung erreicht
werden.
[0046] Die Ausrichtvorrichtung kann gemäß einigen anschaulichen Ausführungsformen ferner
eine Anschlagsfläche 255 aufweisen, mittels welcher eine Ausrichtung entlang der Erstreckungsrichtung
erfolgt. Dazu kann die Anschlagsfläche 255 entlang der Erstreckungsrichtung positionierbar
sein.
[0047] In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die erfindungsgemäße Ausrichtvorrichtung
als Teil einer Klebevorrichtung zum Verkleben von Kernkörpern bereitgestellt.
[0048] Hinsichtlich der Fig. 4a und 4b werden nachfolgend weitere anschauliche Ausführungsformen
der Ausrichtvorrichtung und der Ausrichtausnehmung beschrieben.
[0049] Fig. 4a zeigt schematisch in einer Querschnittansicht einen vergrößerten Abschnitt
einer Ausrichtausnehmung 420a, in die ein Eingriffselement 430 eingreift. Die Ausrichtausnehmung
420a weist Ausrichtflächen 422a, 424a und 426a auf. Beispielsweise kann die Ausrichtausnehmung
420a kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet sein. In speziellen
Beispielen sind die dargestellten Ausrichtflächen 422a und 424a rotationssymmetrisch
und stellen beispielsweise die Manteloberfläche eines Kegels dar. Im Falle einer pyramidenstumpfförmigen
Ausbildung stellen die Ausrichtflächen 422a und 424a ebene Flächen dar, die relativ
zueinander geneigt orientiert sind.
[0050] Das Eingriffselement 430 weist darstellungsgemäß Fangkanten 432 und 434 auf, die
bei Eingriff des Eingriffselements 430 in die Ausrichtausnehmung 420a mit den entsprechenden
Ausrichtflächen 422a und 424a in Kontakt stehen. Zur Unterstützung des Eingriffs von
Eingriffselement 430 in die Ausrichtausnehmung 420a können in den Ausrichtflächen
422a und 424a Ausrichtnuten (nicht dargestellt) ausgebildet sein, in die optional
ein elastisches Material eingefüllt sein kann, um eine Beschädigung der Ausrichtflächen
422a und 424a durch die Fangkanten 432 und 434 oder eine Beschädigung der Fangkanten
432, 434 während eines Ausrichtvorgangs zu vermeiden. Alternativ zu dem explizit dargestellten
Eingriffselement 430 können anstelle der Fangkanten 432 und 434 durch Abflachung der
Kanten ausgebildete Fangflächen (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Ferner kann das
in Fig. 4a dargestellte Eingriffselement eine Anschlagfläche (nicht dargestellt) aufweisen,
die ein übermäßiges Eindringen des Eingriffselements 430 in die Ausrichtausnehmung
420 verhindert bzw. eine Eindringtiefe des Eingriffselements 430 in die Ausrichtausnehmung
420a festlegt.
[0051] In Fig. 4b ist eine weitere anschauliche Ausführungsform einer in einer rückseitigen
Oberfläche 412b eines Querjochs 410b vorgesehenen Ausrichtausnehmung 420b dargestellt.
Die Ausrichtausnehmung 420b weist eine gemäß einem Bereich einer Halbkugeloberfläche
ausgebildete innere Oberfläche 422b als Ausrichtfläche auf. In die dargestellte Ausrichtausnehmung
420b kann ein entsprechend konfiguriertes Eingriffselement eingreifen, wobei durch
die wenigstens bereichsweise halbkugeloberflächenartige Ausrichtfläche 422b eine Beschädigung
der rückseitigen Oberfläche 412b vorteilhafterweise vermieden werden kann. Alternativ
kann die Ausrichtausnehmung 420b zylinderförmig ausgebildet sein, wobei im Boden einer
zylinderförmigen Ausrichtausnehmung ferner eine wenigstens bereichsweise halbkugeloberflächenartige
Ausrichtfläche vorgesehen sein kann.
[0052] Allgemein erlaubt die Ausrichtausnehmung eine zweidimensionale Positionierung des
Kernkörpers und ist stellt z.B. eine entsprechend in der rückseitigen Oberfläche des
Kernkörpers ausgebildete Vertiefung dar, die derart dimensioniert ist, dass eine zweidimensionale
Positionierung des Kernkörpers mittels einer in die Ausrichtausnehmung eingreifender
Ausrichtvorrichtung ausgeführt werden kann.
[0053] Kernkörper gemäß der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen können in einigen
anschaulichen Ausführungsformen dadurch gebildet werden, dass ein Pulver aus ferromagnetischem
Material bereitgestellt wird. In beispielhaften Ausführungsformen ist das ferromagnetische
Material ein Ferritmaterial. Zusätzlich oder alternativ kann ein superparamagnetisches
Material vorgesehen sein.
[0054] In einem nachfolgenden Herstellungsschritt wird das bereitgestellte Pulver in eine
Pressform eingefüllt und gepresst, um einen Pressling herzustellen. Die Pressform
ist hierbei als Negativ des herzustellenden Kernkörpers ausgebildet und weist insbesondere
eine Struktur zur Bildung einer Ausrichtausnehmung auf, beispielsweise einen in der
Pressform ausgebildeten Vorsprung oder Zapfen. Alternativ kann eine Ausrichtausnehmung
nach dem Pressvorgang mittels eines geeigneten Werkzeugs im Pressling ausgebildet
werden.
[0055] Nach Herstellung des Presslings wird der Pressling in einem weiteren Herstellungsschritt
einem Sintervorgang ausgesetzt, um aus dem Pressling einen gesinterten Kernkörper
zu bilden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann im gesinterten Kernkörper
eine Ausrichtausnehmung mittels eines geeigneten Werkzeugs ausgebildet werden, sofern
die Ausrichtausnehmung nicht schon vorab gebildet wurde.
[0056] In einem nachfolgenden Ausrichtvorgang wird der gesinterte Kernkörper relativ zu
einem zweiten Kernkörper, der ähnlich ausgebildet sein kann, als weiteren Herstellungsschritt
mittels einer Ausrichtvorrichtung gemäß der vorangehenden Beschreibung ausgerichtet.
[0057] Nach dem Ausrichtvorgang werden die ausgerichteten gesinterten Kernkörper in einem
weiteren Herstellungsschritt miteinander verbunden, um einen Magnetkern herzustellen.
[0058] Zusammenfassend stellt die vorliegenden Erfindung Kernkörper mit einer Ausrichtstruktur
bereit, um bei der Herstellung von Magnetkernen ein von Fertigungstoleranzen unabhängiges
Ausrichten zu ermöglichen, bei dem die Fertigungstoleranzen kompensiert werden. In
anschaulichen Ausführungsformen weist ein Kernkörper aus ferromagnetischem Material
ein Querjoch mit einem Aspektverhältnis von Länge zu Breite größer 1 und wenigstens
einen sich seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung davon weg
erstreckenden Kernschenkel auf. Ferner ist eine Ausrichtausnehmung in einer rückseitigen
Oberfläche des Querjochs ausgebildet, die auf einer den Kernschenkeln gegenüberliegenden
Seite des Querjochs angeordnet ist. Ein Magnetkern wird aus Kernkörpern gebildet,
wobei mindestens ein Kernkörper mit einer Ausrichtausnehmung bereitgestellt ist und
die Kernkörper relativ zueinander ausgerichtet werden.
1. Kernkörper aus ferromagnetischem Material, umfassend:
ein Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension, wobei ein Verhältnis
von Längendimension zu Breitendimension größer 1 ist;
wenigstens einen Kernschenkel, der sich seitlich von dem Querjoch entlang einer Erstreckungsrichtung
davon wegerstreckt, wobei die Erstreckungsrichtung senkrecht zur Längendimension und
Breitendimension orientiert ist; und
eine Ausrichtausnehmung, die in einer rückseitigen Oberfläche des Querjochs, die auf
einer den Kernschenkeln gegenüberliegenden Seite des Querjochs angeordnet ist, ausgebildet
ist.
2. Kernkörper nach Anspruch 1, wobei die Ausrichtausnehmung am Flächenschwerpunkt der
rückseitigen Oberfläche angeordnet ist.
3. Kernkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kernköper ferner wenigstens einen zweiten
Kernschenkel aufweist und die Ausrichtausnehmung relativ zu zwei hinsichtlich der
Längsdimension außermittig angeordneten Kernschenkeln in der rückseitigen Oberfläche
zentriert angeordnet ist.
4. Kernkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kernschenkel am Querjoch senkrecht
zur Erstreckungsrichtung mittig angeordnet ist und die Ausrichtausnehmung hinsichtlich
einer senkrecht zur Erstreckungsrichtung orientierten Querschnittfläche des Kernschenkels
flächenzentriert angeordnet ist.
5. Kernkörper nach einem der Ansprüche Anspruch 1 bis 4, wobei die Ausrichtausnehmung
eine Ausrichtfläche aufweist, die wenigstens gemäß einem Teilbereich einer Halbkugeloberfläche
oder einer Kegeloberfläche ausgebildet ist.
6. Kernkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ausrichtausnehmung wenigstens
drei ebene Ausrichtflächen aufweist.
7. Kernkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Breitendimension der Ausrichtausnehmung
weniger als 50% der Breitendimension des Querjochs und eine Längendimension der Ausrichtausnehmung
weniger als 50% der Längendimension des Querjochs beträgt.
8. Kernkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Tiefenerstreckung der Ausrichtausnehmung
in den Kernkörper weniger als 50% einer Höhendimension des Querjochs beträgt, die
parallel zur Erstreckungsrichtung orientiert ist.
9. Kernkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Kernkörper aus gesintertem
Ferritmaterial gebildet ist.
10. Magnetkern für ein induktives Bauteil, umfassend:
einen ersten Kernkörper aus ferromagnetischem Material gemäß einem der Ansprüche 1
bis 9; und
einen zweiten Kernkörper aus ferromagnetischem Material, der ein zweites Querjoch
mit einer Längendimension und einer Breitendimension, wobei ein Verhältnis von Längendimension
zu Breitendimension größer 1 ist, und wenigstens einen Kernschenkel umfasst, der sich
seitlich von dem zweiten Querjoch in Erstreckungsrichtung davon wegerstreckt,
wobei der erste und zweite Kernkörper mittels der Kernschenkel verbunden sind.
11. Magnetkern nach Anspruch 10, wobei der zweite Kernkörper eine zweite Ausrichtausnehmung
aufweist, die in einer rückseitigen Oberfläche des zweiten Querjochs ausgebildet ist
und die rückseitige Oberfläche des zweiten Querjochs auf einer den Kernschenkeln gegenüberliegenden
Seite des zweiten Querjochs angeordnet ist.
12. Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns, umfassend:
Bereitstellen eines Pulvers aus ferromagnetischem Material;
Pressen von einem in eine Pressform eingefüllten ferromagnetischen Material, um einen
Presslings herzustellen, wobei der Pressling umfasst:
- ein Querjoch mit einer Längendimension und einer Breitendimension, wobei ein Verhältnis
von Längendimension zu Breitendimension größer 1 ist,
- mindestens einen Kernschenkel, der sich seitlich von dem Querjoch entlang einer
Erstreckungsrichtung davon wegerstreckt, und
- eine Ausrichtausnehmung und
wobei die Pressform eine die Ausrichtausnehmung hervorrufende Struktur aufweist;
Sintern des Presslings zum Bilden eines gesinterten Kernkörpers;
Ausrichten des gesinterten Kernkörpers relativ zu einem zweiten Kernkörper mittels
einer Ausrichtvorrichtung, die ein Eingriffselement aufweist, das vor dem Ausrichten
mit der Ausrichtausnehmung des gesinterten Kernkörpers in Eingriff gebracht wird,
wobei die Ausrichtung entlang Richtungen entlang der Längen- und Breitendimensionen
erfolgt; und nachfolgend
Verbinden des gesinterten Kernkörpers mit dem zweiten Kernkörper zum Bilden des Magnetkerns.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Eingriffselement wenigstens eine Fangfläche
und/oder eine Fangkante aufweist, um in die Ausrichtausnehmung einzugreifen.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der zweite Kernkörper ein weiterer gesinterter
Kernkörper ist und eine weitere Ausrichtausnehmung aufweist, in das während des Ausrichtens
ein weiteres Eingriffselement der Ausrichtvorrichtung eingreift.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei beide Kernkörper jeweils ein Querjoch
und einen am jeweiligen Querjoch mittig angeordneten Kernschenkel aufweisen und die
mittig angeordneten Kernschenkel zueinander symmetrisch ausgerichtet werden.