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EP1856704A1 - Induktives bauelement - Google Patents

Induktives bauelement

Info

Publication number
EP1856704A1
EP1856704A1 EP06706869A EP06706869A EP1856704A1 EP 1856704 A1 EP1856704 A1 EP 1856704A1 EP 06706869 A EP06706869 A EP 06706869A EP 06706869 A EP06706869 A EP 06706869A EP 1856704 A1 EP1856704 A1 EP 1856704A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
bobbin
protective
winding
component according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06706869A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter FEIST
Jürgen Frey
Karsten Frey
Philipp Huemer
Michael Rottner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epcos AG filed Critical Epcos AG
Publication of EP1856704A1 publication Critical patent/EP1856704A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402—Association of measuring or protective means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/04—Arrangements of electric connections to coils, e.g. leads
    • H01F2005/043—Arrangements of electric connections to coils, e.g. leads having multiple pin terminals, e.g. arranged in two parallel lines at both sides of the coil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/04—Arrangements of electric connections to coils, e.g. leads
    • H01F2005/046—Details of formers and pin terminals related to mounting on printed circuits

Definitions

  • Inductive components can be used, for example, as chokes,
  • Transmitter or transformers be designed or as an inductance part of electrical circuits.
  • Protective components can be used in electrical circuits, in particular in the low-voltage range, in interference-sensitive lines of communication and information technology and in sensitive electronic components. With these it is possible to make unacceptably high currents or voltages harmless and dissipate them to mass or convert them into heat energy. This makes it possible to protect the components against inadmissible heating, which can cause at least a malfunction of the component function, and in extreme cases against destruction.
  • protective components are used as separate components and soldered, for example, to boards.
  • each soldered component requires a given electrical creepage distance, for which a certain amount of free space to the adjacent component must be maintained.
  • Automatically populated boards also require a certain amount of free space between individual components, so that the placement machine can safely set down the component or, if necessary, also protect it. who can grab. Overall, this leads to a high space requirement on boards, which goes beyond the sum of the component dimensions themselves - Not least for this reason, therefore, many seeks to unite different device functions on modules, on the one hand to improve performance and on the other hand Save space on the board.
  • the object of the present invention is to specify an inductive component with which further space can be saved on a circuit board.
  • the basic idea of the invention is to combine an inductive component with a protective component and to combine this into a common component.
  • the inductive component which has at least one bobbin with a first winding and attached to the bobbin connection pins to connect directly to the bobbin with a protective device.
  • the inductive component can be handled as a single component together with the protective component, and can be mounted on a circuit board like a single component. This eliminates for the device according to the invention the otherwise to be observed creepage distances and clearances between the inductive component and the protective device, which otherwise in the case of separate components, e.g. would be required for loading and Ent congressen.
  • connection pins The component is electrically and mechanically connected via the connection pins to an external circuit environment, eg a pian tine connectable.
  • an external circuit environment eg a pian tine connectable.
  • Separate connection pins can be provided on the coil body for the protective component.
  • the inductive component and the protective component it is also possible for the inductive component and the protective component to be connected to the same connection pins, so that a serial or parallel interconnection of the inductive component and the protective component via the connection pins can already be achieved.
  • the protective device may be formed cuboid.
  • it may have a ceramic component body which has at least two electrodes arranged on opposite main surfaces of the component body.
  • Block-shaped component bodies have the advantage that they can be arranged as a plurality of extremely space-saving, in particular also in connection with other rectangular in cross-section other components or Bauelementk ⁇ r- pern of other protective devices.
  • the bobbin also has side surfaces which follow a rectangle at least at three edges. The fourth upper edge of the side surface of an inductive component may follow the winding, which is usually guided via a round winding body, and may also be rounded, for example. It is therefore advantageous that
  • the protective component can be designed, for example, as a PTC resistor and protects the inductive component against excessive currents. Zen.
  • a polyswitch is also well suited as a protective component and is characterized by a forward behavior, which is even lower resistance compared to the PTC resistor. At high currents, the polyswitch also becomes high-impedance and blocks.
  • the protective component not only for the protection of the inductive component, but for the protection of circuits, components and devices which are electrically connected to the inductive component and / or the protective component.
  • the size of the protective component required for the protective function of the protective component is of the same order of magnitude as that of the inductive component. In this way succeeds the relatively largest
  • Another space gain on the board on which the inventive component is equipped succeeds with an arrangement of the protective device in the context of the outer dimensions of the inductive component, consisting of bobbin, winding and magnetic core, which ensures only the complete component function of the inductive component.
  • Such an arrangement succeeds, for example, when the protective device is arranged below the winding.
  • the bobbin having a base with a recess in which the protective device is arranged. This recess is preferably accessible from below or outside and preferably arranged symmetrically below the winding.
  • the bobbin has at least one second winding, via which a second current path is defined.
  • the second current path can be protected with a further second protective device, which is then also attached to the bobbin.
  • the two windings can be arranged one above the other electrically insulated. However, it is also possible to arrange the two windings next to one another on the bobbin. Accordingly, the protective components can be arranged side by side, for example below each one winding.
  • the bobbin may have downwardly open chambers, wherein per winding preferably one chamber is provided in each case.
  • a ceramic protective device can be inserted into the chambers, wherein the interior of the chamber is preferably adapted to the outer dimensions of the Schutzbauele element.
  • Each protective device may have two connecting wires, which are mechanically and electrically connected to the connection pins on the bobbin.
  • the bobbin is connected to a magnetic core of the EP type, or arranged in such a half-shell core.
  • the EP core surrounds the bobbin at least on the four outer sides and is open at the bottom. If the bobbin has a base following the outer dimensions of the EP core, then there is sufficient volume to arrange a number of protective components corresponding to the number of windings within the base.
  • the protective components then preferably have the shape of flat cuboids and are preferably geometrically so in
  • the cuboid protective components can also be arranged transversely to the main axis of the bobbin, which corresponds to the magnetic axis and thus follows the center of the EP core.
  • each winding is arranged in a winding chamber, which is bounded on both sides transversely to said main axis by flanges, which continue downwards into the base.
  • the cavity provided there is then subdivided by the extended flange into a corresponding number of chambers, which are each arranged underneath a winding body and are provided for receiving one protective component each.
  • the two outermost flanges or their downward extension form two side surfaces of the bobbin, preferably have reinforcements and are provided in the reinforcements with the connection pads. These can be inserted, melted, clipped or screwed in the bobbin.
  • connection pins are designed as L-pins, which allow a soldering of the inductive component in SMD construction.
  • the bobbin per winding on four connection pins, wherein two are provided for the winding and two each of the protective device.
  • An inductive component with two or more windings may be formed as a transformer, wherein the windings may differ by the number of their turns.
  • a transformer can be provided with different protective components for different windings.
  • the windings can also be the same, so that the two coils of the finished component have the same inductance values.
  • the protective components are preferably the same, so that a total of a component with high symmetry is obtained.
  • An inductive component with two windings, which are connected to a magnetic EP core and two PTC resistors or Polyswitches as protective components, can be advantageously used in a low-pass filter, which separates the voice signal from the ADSL line on the one hand and on the other hand protects high currents.
  • the high symmetry is used, which can be achieved with the inventive combination of inductive component and protective component in order to obtain the signal symmetry in the two current paths of the ADSL line.
  • Such a low-pass filter consists of the parallel connection of a capacitance and an inductance, which is realized with the inductive component.
  • a serial resistor also required for the low-pass filter is realized by the series resistance of the winding.
  • each inductance realized by one winding and one magnetic core is assigned to one low-pass filter for each one of the two data lines of the ADSL line.
  • FIG. 1 shows an inductive component with a winding
  • FIG. 2 shows a further component with a magnetic core
  • FIG. 3 shows an inductive component with two windings and two protective components from the side
  • FIG. 4 shows the component from below
  • FIG. 5 shows the interconnection of the component on the basis of an equivalent circuit diagram.
  • FIG. 1 shows a simple schematic representation of an inductive component with a protective component in a perspective view.
  • the bobbin SK consists of a drum-shaped winding body, which is provided on both sides with flanges Fl, F2. Between the flanges F, the winding W is applied to the winding body.
  • the flanges F extend down into a base SO, which can be widened in the lower area, there to ensure the connection pins AP a secure fit.
  • a protective component SB is arranged and mechanically fastened. The attachment can be done for example by a jamming protection device SB between the equipped with a certain elasticity extended to the base flanges.
  • the protective structure ment for example, a ceramic component body of a PTC material, which is provided on the two facing the flanges main surfaces, each with an electrode.
  • the winding body has a core hole KL, in which a magnetic core, for example, the center piece of an E-core and in particular an EP core can be inserted to complete the inductive component.
  • the protective component completely takes up the space between the two flanges in the base SO and preferably closes with the bottom edge of the base and the end face of the base.
  • the bobbin may also have at least one of the underside, front or back a cross brace that connects the two flanges and the protective device SB fixed in position. Preferably, however, at least one side is open to allow easy installation of the protective device SB in the bobbin SK.
  • Figure 2 shows a similar embodiment in perspective view, in which case above the bobbin already a magnetic core MK, here a closed top EP core is pushed. The coinciding with the center of the EP core core magnetic axis MA is indicated. Again, the bobbin below the magnetic core MK is too a base SO extended, which comprises at least two side parts, between which the cuboid component body of a protective device SB is arranged and fixed.
  • the connection pins are designed here as L-pins.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention from the side.
  • This bobbin has two windings Wl, W2, which are arranged in each case a Wiekelkaler formed between two flanges Fl, F2 and F2, F3.
  • Each of the three flanges is extended down to the base SK.
  • a chamber is formed between each two flanges, in each of which a protective device SBL, SB2 is arranged.
  • a wire guide slot is indicated in which, for example, one end of the winding W can be led out and secured to a connection pin AP.
  • Corresponding further wire guides can also be arranged in the vertical direction.
  • the connecting wires AD of the protective components SB are also routed to the connection pins.
  • Figure 4 shows this or a similar device in a view from below.
  • the lower edges of the three flanges F1 to F3 can be seen, each with protective components SB1, SB2 arranged between two flanges.
  • Each of the two outer flanges Fl, F3 carries four connection pins AP each and is correspondingly reinforced.
  • the middle flange F2 without connecting pins can be made relatively thinner.
  • the protective components SB have a central solder contact LK, via which in each case a connecting wire AD is connected to the respective electrode on the main surface of the protective component SB.
  • the flanges F may preferably be concave in the middle, as well seen in the figure. In the concave region of the flanges and the connecting wires AD of the protective devices SB to the bottom of the bobbin and there are guided over the lower edge of the outer flanges towards the connection pins AP and fastened there. The two remaining connection pins are connected to the two ends of the respective winding.
  • a component which has more than two windings then also has a correspondingly higher number of protective components and, for electrical contacting, also a correspondingly higher number of connecting pins.
  • FIG. 5 shows an electrical equivalent circuit diagram for a preferred application of the inductive component according to the invention within a low-pass filter, which can be installed in a communication line, for example an ADSL line, and protects it against excessively high currents by means of the protective component SB.
  • the low-pass filter is formed from the parallel connection of an inductance L 1 or L 2 and a capacitor C 1 or C 2, the inductance being connected in series with a resistor R 1 or R 2.
  • a protective element SB1 or SB2 is connected in each case. Between the two lowpasses in each case a capacitance C3 or C4 is connected in two shunt branches.
  • the two inductors L1, L2 are realized with the aid of the inductive component, while the resistance R results in each case from the series resistance of the winding.
  • the capacitances can be realized as separate components. It is also possible to additionally adapt the circuit and to carry out a matching of the resistors. Due to the high symmetry of the arrangement with respect to the identical If values for the inductance L and the resistance R are seen, a distortion towards one another of the signals carried in the two signal lines can be avoided, so that no loss of information content also occurs in the ADSL line.
  • the circuit which can be realized with the component according to the invention is illustrated by the equivalent circuit diagram according to FIG. 5b.
  • the realized via a common magnetic core within a single inductive component two inductors of the two low-pass filters are magnetically oriented so that cancel their magnetic fields each other. This is realized by opposing Wickelsinn, which is indicated in the equivalent circuit diagram by the corresponding point.
  • the invention has been illustrated by only a few embodiments, it is not limited thereto.
  • the exact configuration of the bobbin a variety of variations in construction and construction of the bobbin body is possible, which are known per se and can be realized together with the new inductive component.
  • the preferred attachment of the protective components can be done as shown below the component between two correspondingly extended flanges. However, it is also possible to narrow the base and to arrange the protective components on the outside of the side wall of the base. The chambers only shown open can also be closed on other pages or below.
  • the protective components are shown as rectangular, in particular ceramic component bodies, but may also have different external dimensions. It is possible, for example, to use protective components which have a round or elliptical main surface in the form of flat cylinders.
  • the cuboid and in particular flat design of protective components is preferred. It is also possible, in the case of several protective components in the inductive component, not to arrange them one behind the other but next to one another in the electrical flow direction.
  • the two or more protective components can also be arranged transversely or parallel to the magnetic axis.
  • An arrangement of the protective components outside the bobbin also allows a mutual arrangement of protective components on the base of the bobbin.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

Es wird vorgeschlagen, ein induktives Bauelement mit einem Schutzbauelement zu kombinieren und dazu das Schutzbauelement direkt mit dem Spulenkörper zu verbinden. Der elektrische Anschluss des Schutzbauelements mit einer äusseren Schaltungsumgebung kann dann über die Anschlusspins des Spulenkörpers erfolgen, die elektrisch mit dem Schutzbauelement verbunden sind.

Description

Beschreibung
Induktives Bauelement
Induktive Bauelemente können zum Beispiel als Drosseln,
Übertrager oder Trafos ausgebildet sein oder als Induktivität Teil von elektrischen Schaltungen sein.
In elektrischen Schaltkreisen, insbesondere im Niedervoltbe- reich, bei störungsempfindlichen Leitungen der Kommunikations- und Informationstechnik sowie bei empfindlichen elektronischen Bauelementen können Schutzbauelemente eingesetzt werden. Mit diesen gelingt es, unzulässig hohe Ströme oder Spannungen unschädlich zu machen und gegen Masse abzuleiten oder in Wärmeenergie zu überführen. Damit gelingt es, die Bauelemente vor unzulässiger Erwärmung, die zumindest eine Störung der Bauelementfunktion bewirken kann, sowie im Extremfall vor einer Zerstörung zu schützen.
Es sind verschiedene Arten von Schutzbauelementen bekannt, die je nach gewünschter Funktion eingesetzt und gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden können. Zum Schutz vor zu hohen Strömen und Spannungen können beispielsweise Ableiter, Thermistoren oder Varistoren eingesetzt werden.
Üblicherweise werden Schutzbauelemente als separate Bauelemente eingesetzt und beispielsweise auf Platinen verlötet. Dabei benötigt jedoch jedes verlötete Bauelement eine gegebene elektrische Kriechstrecke, wofür ein gewisser Freiraum zum benachbarten Bauelement eingehalten werden muss. Auch benötigen automatisch bestückte Platinen einen gewissen Freiraum zwischen einzelnen Bauelementen, damit der Bestückungsautomat das Bauelement sicher absetzen oder gegebenenfalls auch wie- der greifen kann. Dies führt insgesamt zu einem hohen Platzbedarf auf Platinen, der über die Summe der Bauelement- Abmessungen selbst hinausgeht- Nicht zuletzt aus diesem Grund wird daher vielfach angestrebt, unterschiedliche Bauelement- funktionen auf Modulen zu vereinigen, um zwar einerseits die Leistungsfähigkeit zu verbessern und andererseits jedoch Platz auf der Platine einzusparen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein induktives Bauelement anzugeben, mit dem weiter Platz auf einer Platine eingespart werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauelement mit dem Merkmal von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun- gen der Erfindung gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.
Grundlegende Idee der Erfindung ist es, ein induktives Bauelement mit einem Schutzbauelement zu kombinieren und dieses zu einem gemeinsamen Bauelement zusammenzufassen. Dazu wird das induktive Bauelement, welches zumindest einen Spulenkörper mit einer ersten Wicklung und am Spulenkörper angebrachte Anschlusspins aufweist, über den Spulenkörper direkt mit einem Schutzbauelement zu verbinden. Das induktive Bauelement ist zusammen mit dem Schutzbauelement wie ein einziges Bau- element handhabbar, und kann wie ein einziges Bauelement auf eine Platine bestückt werden. Damit entfallen für das erfindungsgemäße Bauelement die ansonsten einzuhaltenden Kriechstrecken und Freiräume zwischen dem induktiven Bauelement und dem Schutzbauelement, die andernfalls bei getrennten Bauele- menten z.B. zum Be- und Entstücken erforderlich wären.
Das Bauelement ist über die Anschlusspins elektrisch und mechanisch mit einer äußeren Schaltungsumgebung z.B. einer Pia- tine verbindbar. Dies gilt sowohl für das induktive Bauelement als auch für das Schutzbauelement, das elektrisch ebenfalls mit den Anschlusspins verbunden ist und daher keine gesonderten Anschlüsse erfordert. Für das Schutzbauelement kön- nen am Spulenkörper separate Anschlusspins vorgesehen sein. Möglich ist es jedoch auch, dass induktives Bauelement und Schutzbauelement mit den gleichen Anschlusspins verbunden sind, sodass sich dadurch bereits eine serielle oder parallele Verschaltung von induktiven Bauelement und Schutzbauele- ment über die Anschlusspins erreichen lässt.
Das Schutzbauelement kann quaderförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann es einen keramischen Bauelementkörper aufweisen, welcher zumindest zwei auf einander gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Bauelementkörpers angeordnete Elektroden aufweist. Quaderförmige Bauelementkörper haben den Vorteil, dass sie sich als Mehrzahl äußerst platzsparend anordnen lassen, insbesondere auch in Verbindung mit weiteren im Querschnitt rechteckigen anderen Bauelementen oder Bauelementkδr- pern von weiteren Schutzbauelementen. Auch der Spulenkörper weist Seitenflächen auf, die zumindest an drei Kanten einem Rechteck folgen. Die vierte obere Kante der Seitenfläche eines induktiven Bauelements kann der üblicherweise über einen runden Wickelkörper geführten Wicklung folgen und beispiels- weise auch abgerundet sein. Vorteilhaft ist es daher, das
Schutzbauelement mit einer Seitenfläche des Spulenkörpers zu verbinden. Von dort ist es besonders einfach möglich, die E- lektroden des Schutzbauelements über dort aufgelötete Anschlussdrähte mit den Anschlusspins des Spulenkörpers zu ver- bunden .
Das Schutzbauelement kann z.B. als PTC-Widerstand ausgebildet sein und das induktive Bauelement gegen zu hohe Ströme schüt- zen. Auch ein Polyswitch ist gut als Schutzbauelement geeignet und zeichnet sich durch ein Durchlassverhalten aus, das gegenüber dem PTC Widerstand noch niederohmiger ist . Bei hohen Strömen wird auch der Polyswitch hochohmig und sperrt .
Möglich ist es jedoch auch, das Schutzbauelement nicht nur zum Schutz des induktiven Bauelements vorzusehen, sondern zum Schutz von Schaltungen, Bauelementen und Geräten, die mit dem induktiven Bauelement und/oder dem Schutzbauelement elekt- risch verbunden sind.
Vorteilhaft ist es, wenn die für die Schutzfunktion des Schutzbauelements erforderliche Größe des Schutzbauelements in der gleichen Größenordnung wie die des induktiven Bauele- ments liegt. Auf diese Weise gelingt der relativ größte
Platzgewinn auf einer Platine, auf der das erfindungsgemäße induktive Bauelement verschaltet werden kann.
Ein weiterer Raumgewinn auf der Platine, auf der das erfin- dungsgemäße Bauelement bestückt wird, gelingt mit einer Anordnung des Schutzbauelements im Rahmen der Außenabmessungen des induktiven Bauelements, bestehend aus Spulenkörper, Wicklung und magnetischem Kern, welcher erst die vollständige Bauelementfunktion des induktiven Bauelements gewährleistet. Eine solche Anordnung gelingt z.B., wenn das Schutzbauelement unterhalb der Wicklung angeordnet ist. Beispielsweise kann der Spulenkörper einen Sockel mit einer Ausnehmung aufweisen, in der das Schutzbauelement angeordnet ist. Diese Ausnehmung ist vorzugsweise von unten oder außen zugänglich und vorzugs- weise symmetrisch unterhalb der Wicklung angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Spulenkörper zumindest eine zweite Wicklung auf, über die ein zweiter Strompfad definiert ist. Auch der zweite Strompfad kann mit einem weiteren zweiten Schutzbauelement geschützt werden, welches dann ebenfalls am Spulenkörper befestigt ist. Die beiden Wicklungen können elektrisch isoliert übereinander angeordnet wer- den. Möglich ist es jedoch auch, die beiden Wicklungen nebeneinander auf dem Spulenkörper anzuordnen. Dementsprechend können auch die Schutzbauelemente nebeneinander angeordnet werden, beispielweise unterhalb je einer Wicklung.
Der Spulenkörper kann nach unten hin offene Kammern aufweisen, wobei pro Wicklung vorzugsweise jeweils eine Kammer vorgesehen ist. In die Kammern kann jeweils ein keramisches Schutzbauelement eingeschoben werden, wobei der Innenraum der Kammer vorzugsweise an die Außenabmessungen des Schutzbauele- mentes angepasst ist . Jedes Schutzbauelement kann zwei Anschlussdrähte aufweisen, die mechanisch und elektrisch mit den Anschlusspins am Spulenkörper verbunden sind.
In einer möglichen Ausführungsform ist der Spulenkörper mit einem magnetischen Kern vom EP-Typ verbunden, beziehungsweise in einem solchen Halbschalenkern angeordnet. Der EP-Kern umschließt den Spulenkörper zumindest an den vier Außenseiten und ist nach unten hin geöffnet. Weist der Spulenkörper einen den Außenabmessungen des EP-Kerns folgenden Sockel auf, so ist ausreichend Volumen vorhanden, innerhalb des Sockels eine der Anzahl der Wicklungen entsprechende Anzahl von Schutzbauelementen anzuordnen.
Die Schutzbauelemente weisen dann vorzugsweise die Form von flachen Quadern auf und sind vorzugsweise geometrisch so im
Sockel orientiert, dass sie mit einer Seiten- oder Stirnfläche nach unten weisen, während die größere Hauptoberfläche zur Seite weist. Bei einem Spulenkörper mit zumindest zwei nebeneinander angeordneten Wicklungen können die quaderförmigen Schutzbauelemente auch quer zur Hauptachse des Spulenkörpers angeordnet sein, welche der magnetischen Achse entspricht und damit dem Mittelbutzen des EP-Kerns folgt. Dies wird in einfacher Weise dadurch unterstützt, dass jede Wicklung in einer Wickelkammer angeordnet ist, die beiderseits quer zur genannten Hauptachse durch Flansche begrenzt ist, die sich nach unten hin in den Sockel fortsetzen. Der dort vorgesehene Hohlraum wird dann durch die verlängerten Flan- sehe in eine entsprechende Anzahl von Kammern unterteilt, die jeweils unterhalb eines Wickelkörpers angeordnet und zur Aufnahme je eines Schutzbauelements vorgesehen sind.
Die beiden äußersten Flansche beziehungsweise deren Verlange- rung nach unten bilden zwei Seitenfläche des Spulenkörpers, weisen vorzugsweise Verstärkungen auf und sind in den Verstärkungen mit den Anschlusspiηs versehen. Diese können im Spulenkörper eingesteckt, eingeschmolzen, eingeklipst oder eingedreht sein.
Vorzugsweise sind die Anschlusspins als L-Pins ausgebildet, die eine Verlötung des induktiven Bauelements in SMD-Bauweise ermöglichen. Vorzugsweise weist der Spulenkörper je Wicklung vier Anschlusspins auf, wobei je zwei für die Wicklung und je zwei das Schutzbauelement vorgesehen sind. Möglich ist es jedoch auch, eine serielle Verschaltung von Wicklung und Schutzbauelement mit drei Anschlusspins pro Wicklung zu erreichen, wobei einer der Anschlusspins dann sowohl mit Schutzbauelement als auch einer Wicklung verbunden ist.
Ein induktives Bauelement mit zwei und mehr Wicklungen kann als Transformator ausgebildet sein, wobei sich die Wicklungen durch die Anzahl ihrer Windungen unterscheiden können. In ei- nem solchen Transformator können für unterschiedliche Wicklungen unterschiedliche Schutzbauelemente vorgesehen sein.
Die Wicklungen können jedoch auch gleich sein, sodass die beiden Spulen des fertigen Bauelements gleiche Induktivitäts- werte aufweisen. In diesem Fall sind auch die Schutzbauelement vorzugsweise gleich, sodass insgesamt ein Bauelement mit hoher Symmetrie erhalten wird. Ein induktives Bauelement mit zwei Wicklungen, die mit einem magnetischen EP-Kern und zwei PTC-Widerständen oder Polyswitches als Schutzbauelemente verbunden sind, können vorteilhaft in einem Tiefpassfilter eingesetzt werden, welches zum einen das Sprachsignal von der ADSL-Leitung trennt und zum anderen vor zu hohen Ströme schützt. In dieser Anwendung wird vorteilhaft die hohe Sym- metrie genutzt, die sich mit der erfindungsgemäßen Kombination aus induktivem Bauelement und Schutzbauelement erzielen lässt, um die Signalsymmetrie in den beiden Strompfaden der ADSL Leitung zu erhalten.
Ein solches Tiefpassfilter besteht aus der Parallelschaltung einer Kapazität und einer Induktivität, die mit dem induktiven Bauelement realisiert wird. Ein für das Tiefpassfilter außerdem erforderlicher serieller Widerstand wird durch den Serienwiderstand der Wicklung realisiert. Im erfindungsgemä- ßen induktiven Bauelement wird jede durch je eine Wicklung und einen magnetischen Kern realisierte Induktivität je einem Tiefpassfilter für je eine der beiden Datenleitungen der ADSL Leitung zugeordnet. Für diese Anwendung ist es auch vorteilhaft, dass der erforderlich Raumbedarf für Schutzbauelement und Spulenkörper so aufeinander abgestimmt werden kann, dass sich das oder die Schutzbauelemente bequem in den Sockel des Spulenkörpers integrieren lassen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Diese dienen allein dem besseren Verständnis der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet .
Figur 1 zeigt ein induktives Bauelement mit einer Wicklung,
Figur 2 zeigt ein weiteres Bauelement mit magnetischem Kern,
Figur 3 zeigt ein induktives Bauelement mit zwei Wicklungen und zwei Schutzbauelementen von der Seite,
Figur 4 zeigt das Bauelement von unten,
Figur 5 zeigt die Verschaltung des Bauelements anhand eines Ersatzschaltbildes .
Figur 1 zeigt eine einfache schematische Darstellung eines induktiven Bauelements mit einem Schutzbauelement in perspektivischer Ansicht. Der Spulenkörper SK besteht aus einem trommeiförmigen Wickelkörper, der beiderseits mit Flanschen Fl, F2 versehen ist. Zwischen den Flanschen F ist die Wick- lung W auf den Wickelkörper aufgebracht. Die Flansche F verlängern sich nach unten in einen Sockel SO, der im unteren Bereich verbreitert sein kann, um dort den Anschlusspins AP einen sicheren Halt zu gewährleisten. Zwischen den beiden zum Sockel verlängerten Flanschen ist ein Schutzbauelement SB an- geordnet und mechanisch befestigt. Die Befestigung kann beispielsweise allein durch ein Verklemmen Schutzbauelements SB zwischen den mit einer gewissen Elastizität ausgestatteten zum Sockel verlängerten Flanschen erfolgen. Das Schutzbauele- ment ist beispielsweise ein keramischer Bauelementkörper aus einem PTC-Material, der auf den beiden zu den Flanschen weisenden Hauptoberflächen mit je einer Elektrode versehen ist. Ein elektrischer Anschluss des Schutzbauelements SB erfolgt über zwei Anschlussdrähte, die mit je einer Elektrode verlötet und mit je einem Anschlusspin AP des Spulenkörpers SK verbunden sind (in der Figur nicht dargestellt) .
In der Mitte weist der Wickelkörper ein Kernloch KL auf, in das ein magnetischer Kern, beispielsweise der Mittelbutzen eines E-Kerns und insbesondere eines EP-Kerns eingeschoben werden kann, um das induktive Bauelement zu vervollständigen. Das Schutzbauelement nimmt den Platz zwischen den beiden Flanschen im Sockel SO vollständig ein und schließt Vorzugs- weise mit der Sockelunterkante und der Stirnfläche des Sockels ab.
In der Figur nicht eingezeichnet sind Drahtführungsschlitze und mögliche mechanische Verstärkungen am Spulenkörper, die die Stabilität des Aufbaus erhöhen können. Der Spulenkörper kann außerdem an zumindest einer aus Unterseite, Vorderseite oder Rückseite eine Querverstrebung aufweisen, die die beiden Flansche verbindet und das Schutzbauelement SB in seiner Position fixiert. Vorzugsweise ist jedoch zumindest eine Seite offen, um einen einfachen Einbau des Schutzbauelements SB in den Spulenkörper SK zu ermöglichen.
Figur 2 zeigt eine ähnliche Ausführung in perspektivischer Darstellung, wobei hier über dem Spulenkörper bereits ein magnetischer Kern MK, hier ein oben geschlossener EP-Kern aufgeschoben ist. Die mit dem Mittelbutzen des EP-Kerns zusammenfallende magnetische Achse MA ist angedeutet. Auch hier ist der Spulenkörper unterhalb des magnetischen Kerns MK zu einem Sockel SO verlängert, welcher zumindest zwei Seitenteile umfasst, zwischen denen der quaderförmige Bauelementkörper eines Schutzbauelements SB angeordnet und befestigt ist. Die Anschlusspins sind hier als L-Pins ausgebildet.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung von der Seite. Dieser Spulenkörper weist zwei Wicklungen Wl, W2 auf, die in je einer zwischen je zwei Flanschen Fl, F2 beziehungsweise F2 , F3 gebildeten Wiekelkämmer angeordnet sind. Jeder der drei Flansche ist nach unten zum Sockel SK verlängert. Im Sockel ist zwischen je zwei Flanschen eine Kammer ausgebildet, in der je ein Schutzbauelement SBl, SB2 angeordnet ist. Im oberen Bereich des Sockels SK ist ein Drahtführungsschlitz angedeutet, in dem beispielsweise ein Ende der Wicklung W herausgeführt und gesichert zu einem Anschlusspin AP geleitet werden kann. Entsprechende weitere Drahtführungen können auch in vertikaler Richtung angeordnet sein. Die Anschlussdrähte AD der Schutzbauelemente SB sind ebenfalls zu den Anschlusspins geführt .
Figur 4 zeigt dieses oder ein ähnliches Bauelement in einer Ansicht von unten. Zu sehen sind die Unterkanten der drei Flansche Fl bis F3 mit jeweils zwischen zwei Flanschen angeordneten Schutzbauelementen SBl, SB2. Jeder der beiden äuße- ren Flansche Fl, F3 trägt je vier Anschlusspins AP und ist dazu entsprechend verstärkt . Der mittlere Flansch F2 ohne Anschlusspins kann relativ dazu dünner ausgeführt sein.
In der Figur ist auch zu erkennen, dass die Schutzbauelemente SB einen zentralen Lötkontakt LK aufweisen, über den jeweils ein Anschlussdraht AD mit der jeweiligen Elektrode auf der Hauptoberfläche des Schutzbauelements SB verbunden ist. Um Raum für diesen Lötkontakt und den damit verbundenen An- schlussdraht zu schaffen, können die Flansche F vorzugsweise in der Mitte entsprechend konkav ausgebildet sein, wie aus der Figur gut zu ersehen. Im konkaven Bereich der Flansche werden auch die Anschlussdrähte AD der Schutzbauelemente SB zur Unterseite des Spulenkörpers und dort über die Unterkante der äußeren Flansche hin zu den Anschlusspins AP geführt und dort befestigt. Die zwei übrigen Anschlusspins werden mit den beiden Enden der jeweiligen Wicklung verbunden.
Ein Bauelement, welches mehr als zwei Wicklungen aufweist, weist dann auch eine entsprechend höhere Anzahl an Schutzbauelementen und zur elektrischen Kontaktierung auch eine entsprechend höhere Anzahl an Anschlusspins auf.
Figur 5 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild für eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen induktiven Bauelements innerhalb eines Tiefpassfilters, welcher in einer Kommunikationsleitung, beispielsweise einer ADSL-Leitung eingebaut werden kann und mithilfe des Schutzbauelements SB diese gegen zu hohe Ströme schützt. In jeder der beiden Leitungen ist der Tiefpass aus der Parallelschaltung einer Induktivität Ll bzw. L2 und einer Kapazität Cl bzw. C2 gebildet, wobei die Induktivität jeweils mit einem Widerstand Rl bzw. R2 in Serie geschaltet ist. In Serie zum Tiefpass ist jeweils ein Schutz- bauelement SBl bzw. SB2 geschaltet. Zwischen den beiden Tiefpässen ist in zwei Querzweigen jeweils eine Kapazität C3 bzw. C4 geschaltet. Die beiden Induktivitäten Ll, L2 sind mit Hilfe des induktiven Bauelements verwirklicht, während sich der Widerstand R jeweils aus dem Serienwiderstand der Wicklung ergibt. Die Kapazitäten können als separate Bauelemente realisiert sein. Möglich ist es auch, die Schaltung zusätzlich anzupassen und ein Matching der Widerstände durchzuführen. Durch die hohe Symmetrie der Anordnung bezüglich der identi- sehen Werte für Induktivität L und Widerstand R kann eine Verzerrung gegeneinander der in den beiden Signalleitungen geführten Signale vermieden werden, so dass in der ADSL- Leitung auch kein Verlust an Informationsgehalt auftritt .
Die mit dem erfindungsgemäßen Bauelement verwirklichbare Ver- schaltung wird durch das Ersatzschaltbild gemäß Figur 5b verdeutlicht. Die über einen gemeinsamen magnetischen Kern innerhalb eines einzigen induktiven Bauelements verwirklichten beiden Induktivitäten der beiden Tiefpassfilter sind magnetisch so orientiert, dass sich ihre Magnetfelder gegenseitig aufheben. Dies wird durch gegenläufigen Wickelsinn, der im Ersatzschaltbild durch den entsprechenden Punkt angedeutet ist, verwirklicht.
Obwohl die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele dargestellt wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt. Bezüglich der genauen Ausgestaltung des Spulenkörpers ist eine Vielzahl von Variationen in Aufbau und Konstruktion des Spu- lenkörpers möglich, die für sich bekannt sind und mit dem neuen induktiven Bauelement zusammen verwirklicht werden können. Die bevorzugte Befestigung der Schutzbauelemente kann wie dargestellt unterhalb des Bauelements zwischen zwei entsprechend verlängerten Flanschen erfolgen. Möglich ist es je- doch auch, den Sockel zu verschmälern und die Schutzbauelemente außen an der Seitenwand des Sockels anzuordnen. Die nur offen dargestellten Kammern können auch an weiteren Seiten oder unten geschlossen sein. Die Schutzbauelemente sind als quaderförmige insbesondere keramische Bauelementkörper darge- stellt, können aber auch davon abweichende Außenabmessungen aufweisen. Möglich ist es zum Beispiel, Schutzbauelemente einzusetzen, die in Form flacher Zylinder eine runden oder elliptische Hauptoberfläche aufweisen. Bezüglich der Raumausnutzung und der damit verbundenen elektrischen Eigenschaften der Schutzbauelemente ist jedoch die quaderförmige und insbesondere flache Ausführung von Schutz- bauelementen bevorzugt. Möglich ist es auch, im Falle mehrerer Schutzbauelemente im induktiven Bauelement diese in e- lektrischer Flussrichtung nicht hintereinander sondern nebeneinander anzuordnen. Die beiden oder mehreren Schutzbauelemente können auch quer oder parallel zur magnetischen Achse angeordnet werden. Eine Anordnung der Schutzbauelemente außen am Spulenkörper ermöglicht auch ein beiderseitiges Anordnen von Schutzbauelementen am Sockel des Spulenkörpers .
Neben der Anwendung in einem Tiefpassfilter kann ein erfin- dungsgemäßes induktives Bauelement in beliebigen anderen
Schaltungen eingesetzt werden. Dabei ist es nicht erforderlich, dass Schutzbauelement und Induktivität unmittelbar und direkt miteinander verschaltet sind. Da jede Wicklung und jedes Schutzbauelement zu separaten Anschlusspins des Spulen- körpers geleitet werden kann, kann eine beliebige Verschal- tung von Induktivität und Schutzbauelement über die Platine erfolgen, sodass beide Einheiten in einer Anwendung getrennt voneinander eingesetzt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Induktives Bauelement, mit einem Anschlusspins (AP) aufweisenden Spulenkörper (SK) , mit einer ersten Wicklung (Wl) und einer zweiten Wicklung (W2) auf dem Spulenkörper, mit zwei Schutzbauelementen (SB) , welche aus PTC und PoIy- switch ausgewählt sind, bei dem die Schutzbauelemente direkt mit dem Spulenkörper verbunden sind, bei dem die Schutzbauelemente und die Wicklungen elektrisch mit den Anschlusspins verbunden sind.
2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Schutzbauelemente (SB) quaderförmig ausgebildet sind.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schutzbauelemente (SB) einen keramischen Bauele- mentkörper mit zwei auf einander gegenüber liegenden Seiten des Bauelementkörpers angeordneten Elektroden aufweisen.
4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schutzbauelemente (SB) über Anschlussdrähte e- lektrisch mit den Anschlusspins (AP) des Spulenkörpers (SK) verbunden sind.
5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Spulenkörper (SK) einen Sockel (SO) mit einer Ausnehmung aufweist, in der die Schutzbauelemente (SB) angeordnet sind.
6. Bauelement nach Anspruch 5 , bei dem der Spulenkörper (SK) zwei nach unten hin offene Kammern aufweist, in die jeweils ein keramisches Schutzbauelement (SB) eingeschoben und mittels je zweier Anschlussdrähte elektrisch mit den Anschlusspins (AP) des Spulenkörpers verbunden ist .
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Spulenkörper (SK) auf einen magnetischen Kern vom EP Typ aufgesteckt ist.
8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Spulenkörper (SK) mehrere Wicklungen und je Wicklung (W) eine Wickelkammer aufweist, bei der jede Wickelkammer von zwei Flanschen (F) begrenzt ist, die sich nach unten hin in einen Sockel (SO) fortsetzen, bei dem im Sockel zwischen je zwei Flanschen ein Schutzbauelement (SB) angeordnet ist bei dem die beiden äußeren Flansche die Anschlusspins (AP) tragen.
9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Schutzbauelemente (SB) elektrisch in Serie zu den Wicklungen geschaltet sind.
10. Verwendung eines Bauelements nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Tiefpassfilter innerhalb einer leitungsgebundenen Kommunikationsstrecke .
11. Verwendung eines Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Tiefpassfilter innerhalb einer ADSL Leitung.
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