High-Performance Litzen für moderne Induktionskochfelder
Im Rahmen eines gemeinsamen Entwicklungsprojekts unterstützte PACK LitzWire einen Hersteller von Induktionskochfeldern bei der Umsetzung flacher, spiralförmiger Planar-Spulen. Die Spulen führten sehr hohe Ströme und lagen direkt unter der Glaskeramik; deshalb galten besonders hohe Anforderungen an Leistungsdichte, Temperaturbeständigkeit und elektrische Sicherheit.
Technische Vorgaben
Für das Projekt legten Kunde und PACK LitzWire die Litzenspezifikation fest: Primärmaterial Kupfer alternativ Aluminium oder kupferkaschiertes Aluminium (CCA); Einzeldrahtdurchmesser im Bereich 0,10–0,4 mm; Anzahl Einzeladern je Litze abhängig von Spulengröße und Betriebsbedingungen; Einsatz von Hochtemperaturlacken mit einer Temperaturbeständigkeit von ≥ 200 °C; Profilieren der Litze zur Erhöhung des Füllfaktors.
Die Herausforderung
Die wesentlichen Entwicklungsfragen waren:
- Füllfaktor und Bauhöhe: Die Spulen sollten maximal flach und kompakt mit sehr hohem Füllfaktor aufgebaut werden (Profilieren), ohne die elektrische Spannungsfestigkeit zu beeinträchtigen.
- Spannungsfestigkeit und Isolation: Lackschichten und Isolationskonzept mussten auch nach mechanischem Verpressen und bei Dauererwärmung hohe Durchschlagsfestigkeit garantieren.
- Temperaturbeständigkeit: Die gewählten Lacksysteme mussten dauerhaft Temperaturen und Rückstrahlung des Kochgeschirrs aushalten, ohne geruchsaktive Zersetzungsprodukte freizusetzen.
- Material- und Verarbeitungsfragen: Die Wahl zwischen Cu, Al und CCA erforderte Abstimmung bzgl. Kontaktierung, Lötbarkeit, Korrosionsverhalten und mechanischem Verhalten beim Profilieren.
Die flache Pancake-Spule zeigt das Ergebnis einer material- und prozessoptimierten Litzenauslegung für induktive Kochsysteme mit hohen thermischen Anforderungen.
Die dicht gepackte, profilierte Litzenstruktur unterstützt einen hohen Kupferfüllfaktor und ist auf maximale Leistungsdichte unter der Glaskeramik ausgelegt.
Lösungsansatz von PACK LitzWire
PACK LitzWire arbeitete eng mit dem Kunden an einem abgestimmten Design-for-Manufacturing-Konzept:
- Materialberatung: Bewertung der Vor- und Nachteile von Kupfer, Aluminium und CCA hinsichtlich Leitfähigkeit, Gewicht, Kontakttechnik und Langzeitverhalten; erforderliche Anpassungen an Crimp-/Lötprozessen wurden festgelegt.
- Litzenauslegung: Dimensionierung der Einzeldrahtdurchmesser und Aderanzahlen anhand der Betriebsströme, der erwarteten Frequenz und des gewünschten Füllfaktors.
- Isolationskonzept: Auswahl geruchsneutraler Hochtemperaturlacke (≥200 °C) mit geprüfter Alterungsbeständigkeit; Lackauftrag und Schichtdicken wurden so spezifiziert, dass nach Verpressen die Spannungsfestigkeit eingehalten blieb.
- Profilieren: Es wurden profilierte Litzenstrukturen eingesetzt und Fertigungsverfahren für das Profilieren sowie das anschließende Wickeln/Verpressen validiert.
- Prototyping & Tests: Musterliefern, thermische Dauerlaufprüfungen, Durchschlags- und Kriechstreckentests nach relevanten Normen unter Betriebsbedingungen.
Ergebnis
Durch die abgestimmte Materialwahl, exakte Dimensionierung der Litzen (Aderdurchmesser und Anzahl) und die Verwendung von Hochtemperaturlacken (≥200 °C) realisierten Pack LitzWire und der Kunde flache Pancake-Spulen mit sehr hohem Füllfaktor. Das Profilieren erlaubte zusätzliche Raumeinsparung. Die Isolation behielt nach Verpressen und unter Dauerlast die erforderliche Spannungsfestigkeit; Geruchstests zeigten keine relevanten Emissionen. Insgesamt konnte der Kunde kompaktere, effizientere und normkonforme Induktionsspulen in Serie einführen.
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