Der Einsatz von Lackdrahtlitzen in der Elektrotechnik ist mittlerweile genauso alt, wie er heutzutage komplex ist. Während das Einsatzspektrum in der ersten Hälfte des vergangenen Jahrhunderts noch überschaubar war, wie z.B. in Kreuzwickelspulen von Mittelwellenradios des in 1923 beginnenden Rundfunks, in Wicklungen erster Ultraschallgeräte oder rudimentärer RFID-Systeme in den 1940ern, oder in UKW-Drosseln in den 1950ern, umso intensiver wurde ihre Nutzung in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts mit dem immer großflächigeren Einsatz elektrischer Komponenten. 

Seit 1951 liefert ELEKTRISOLA Hochfrequenzlitzen in die seit diesem Zeitpunkt stetig wachsende Vielfalt von Kerntechnologien. Der hohe Anspruch an Qualität und Beständigkeit, den ELEKTRISOLA an seine Litzenprodukte stellt, ermöglichte hierbei nicht nur den breitgefächerten Einsatz in Anwendungen wie Ferritkerndrosseln für Vorschaltgeräte von Gasentladungslampen in den 1960ern, sondern auch Hochtechnologien wie innovativen Magnetresonanzsystemen in den 1970er und -80er Jahren, sowie in HF-Wicklungen der in den 90er Jahren verstärkt aufkommenden Schaltnetzteile.

Die seit Beginn an stetige Weiterentwicklung der Litzenprodukte ermöglicht es hierbei nicht nur technischen Anforderungen zu begegnen, sondern macht ELEKTRISOLA inzwischen mit seinen litzenspezifischen Sonderlösungen zu einem hochkompetenten Entwicklungspartner und Innovationstreiber. Der tägliche Einsatz unserer Produkte in Zukunftstechnologien, wie der Nutzung regenerativer Energien, Elektromobilität und Medizintechnik, stehen somit im Fokus und bilden unseren Maßstab für die technologischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts.

Elektrisola bietet eine breite Palette von Hochfrequenzlitzen an. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen, die sich aus dem breiten Anwendungsbereich ergeben, stehen verschiedene Litzentypen zur Verfügung.

Überblick Litzentypen

Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht über die grundlegenden Produktvarianten und ihre technischen Referenzwerte. Für einen direkten Vergleich der Eigenschaften ausgewählter Produkttypen klicken Sie auf den folgenden Link.

Basislitze

Basislitzen werden in einem oder mehreren Schritten gebündelt. Für weitere Anforderungen können sie zusätzlich umsponnen, extrudiert oder mit anderen funktionalen Ummantelungen versehen werden.

Bandierte Litze

Eine zusätzliche Isolation der Basislitze kann durch Aufbringen einer Folienbandierung erfolgen. Eine erhöhte dielektrische Festigkeit, hohe Durchschlagspannungen, thermische Beständigkeit sowie Flexibilität können durch eine geeignete Kombination von Folienmaterial, Anzahl der Bänder und dem Grad der Überlappung der Bänder erreicht werden.

EFOLIT^®

Für sicherheitsrelevante Anwendungen, die eine explizit zertifizierte hohe Durchschlagfestigkeit erfordern, bietet unsere EFOLIT® -Litzenfamilie eine verstärkte Isolierung mit mindestens drei Isolationslagen. Arbeitsspannungen bis 1414 Vpeak für beide Temperaturklassen F/155 °C und H/180 °C werden abgedeckt. Die VDE-Zertifizierung mit Fertigungsüberwachung garantiert ein anerkanntes und kontinuierlich hohes Qualitätsniveau.

Extrudierte Litze

Die Beschichtung von Litzendrähten mit extrudierten thermoplastischen Materialien bietet zusätzliche Möglichkeiten zur elektrischen Isolierung von Litzen. Extrudierte Beschichtungen sind hochflexibel und bieten zusätzlichen Schutz vor Feuchtigkeit und Chemikalieneinwirkung.

TIW Extruded Litz Wire

TIW is extruded with ETFE (Ethylene tetrafluoroethylene) to insulate the litz wire in high voltage environment. TIW extruded litz wires are very flexible and meet a variety of safety requirements where Reinforced levels of insulation are required.

Product and process technology for the special extrusion comes from Rubadue Wire, USA, and is located in the Chinese Elektrisola Hangzhou plant to serve select customers for the electromobility OBCs and chargers in Asia.

Profilierte Litze

Basislitzen, umsponnene und bandierte Litzen können durch einen Profilierungsprozess mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt versehen werden. Das verdichtete Profil bietet einen optimierten Kupferfüllfaktor für effizientere elektrische Eigenschaften von gewickelten Spulen.

Litze mit Zugentlastung

Sehr dünne Litzen oder solche mit einem hohen Anspruch an Zugfestigkeit oder Biegewechselbeständigkeit können mit einem hochfesten Mono- oder Multifilament verstärkt werden. Für eine optimale Leistung werden diese Filamente in der Mitte der Litzenkonstruktion platziert. In einigen Fällen reicht es aus, das Zugentlastungsfilament einfach als nichtleitenden Blindleiter in die Litze zu integrieren.

Umsponnene Litze

Smartbond Litz Wires

Selbsttragende Spulen können mit automatisierten Wickelprozessen unter Verwendung von Litzen hergestellt werden, die mit einem 'Smartbond'-Ummantelung versehen sind. Mit der einzigartigen selbstklebenden Konstruktion von Smartbond können sehr dünne Spulen mit hohem Kupferfüllfaktor hergestellt werden, die zusätzlichen Designspielraum für Entwickler bieten.

Die Auswahl und der Einsatz von Litzen für verschiedene Anwendungen ist ein sehr komplexer Prozess, da in der Regel sehr unterschiedliche technische Anforderungen erfüllt werden müssen. In diesem Kapitel werden einige grundlegende technische Aspekte erläutert.

Der nominale Außendurchmesser hängt von der Verseilungsart (frei oder konzentrisch gebündelt), der Anzahl der Verseilstufen, der Schlagrichtung, der Schlaglänge und dem ausgewählten Nenndurchmesser einzelner Drähte ab. Der Außendurchmesser wird auch von prozessspezifischen Faktoren beeinflusst.

Aufgrund der natürlichen Flexibilität, des Biegeradius und der von der Wickelspannung abhängigen Dimensionsstabilität der Litze wird der nominale Außendurchmesser durch einen Durchschnittswert in Kombination mit einer definierten Messmethode angenähert.

Der Nennaußendurchmesser einer Litze kann nach DIN EN 60317-11 nach folgender Formel berechnet werden:

mit Packungsfaktor k_PF , siehe Tabelle unten

Anzahl der Einzeldrähte

und Nennwert für den Außendurchmesser des Einzeldrahtes

und Vergrößerung des Durchmessers durch eine optionale äußere Ummantelung

mit dem Quadrat des berechneten Außendurchmessers der Litze.

Berechnung von Hochfrequenzverlusten

Rechte Hand Regel

Ein Strom I, der durch einen geraden Leiter fließt, erzeugt ein Magnetfeld B, dessen Feldlinien konzentrisch um den Leiter angeordnet sind. Wenn ein gerader Leiter mit der rechten Hand ergriffen wird und der Daumen in Richtung des fließenden Stroms I zeigt, zeigen die Finger in Richtung des kreisförmigen Magnetfelds B. Der Parameter B wird auch als magnetische Flussdichte bezeichnet, die proportional zur Magnetfeldstärke H und der materialabhängigen magnetischen Permeabilität µ ist:

mit Magnetfeldkonstante, Durchlässigkeit des freien Raums

und relative Permeabilität, Verhältnis der Permeabilität eines bestimmten Mediums zur Permeabilität des freien Raums

Siehe nachfolgende Illustration “Prinzip der rechten Hand Regel” zur Veranschaulichung.

Reaktanz / Resistanz VerhältnisX/R

(R_AC/R_DC)

Der komplexe Widerstand einer Spule ist definiert als die Impedanz Z = R + jX, die ein Vektor ist und aus dem Widerstand R besteht, welcher die reale Komponente darstellt, und der Reaktanz X, die die imaginäre Komponente darstellt.

Der Strom fließt mit zunehmender Frequenz immer stärker entlang der Außenfläche des Leiters. Der gemessene Wechselstromwiderstand X, auch als RAC bezeichnet, steigt im Vergleich zum Gleichstromwiderstand R, manchmal auch als RDC bezeichnet. Mit steigenden Widerstandswerten steigen die ohmschen Verluste durch Wechselstromwiderstand an und können die Verluste durch den Gleichstromwiderstand bei hohen Frequenzen sogar überschreiten.

Das X⁄R-Verhältnis, manchmal auch als RAC⁄RDC-Verhältnis bezeichnet, beschreibt den auf den Gleichstromwiderstand normierten Wechselstromwiderstand (X⁄R ≥1) und ist ein Indikator für die Hochfrequenzleistung eines Litzendrahtes. Das X⁄R-Verhältnis kann in den meisten Fällen für eine gegebene Litzenkonstruktion mit ausreichender Genauigkeit gemessen oder berechnet werden und soll für den jeweiligen Frequenzbereich typischerweise zwischen 1 - 12 liegen. Neben der richtigen Wahl der Einzeldrahtabmessung spielt das Design der Litzenkonstruktion eine ebenso wichtige Rolle.

Der Graph

Spulengüte Q

Beispielsweise zeigt ein höherer Q-Faktor eine geringere Energieverlustrate im Verhältnis zur gespeicherten Energie des Resonators an, wobei die Schwingungen langsamer abklingen. Ebenso hat ein Pendel, das an einem hochwertigen Lager hängt und in Luft schwingt, einen hohen Q-Wert, während ein in Öl getauchtes Pendel einen niedrigen Q-Wert hat.

In einem elektrischen Schwingkreis, der aus einer Luftspule mit Induktivität L, Kapazität C und ohmschem Widerstand R besteht, misst der Q-Faktor die Beziehung zwischen der Gesamtenergie einer Schwingung und ihrem Energieverlust pro Schwingung. Ein wichtiges Merkmal eines hochwertigen Systems ist die Verwendung einer Spule mit hohem Q-Faktor.

Der Grundverlustfaktor der Spule ist ihr Widerstand RL. Der Widerstand RL nimmt mit zunehmender Frequenz zu, beeinflusst durch den frequenzabhängigen Skin- und Proximity-Effekt.

Das allgemeine Verhältnis der Qualität kann beschrieben werden als

mit verschiedenen Einflussfaktoren, die sich in Wechselwirkung miteinander befinden und zu einem frequenzabhängigen Verlauf des Spulenfaktors Q führen, wie folgt:

Wicklungsfrequenz f [Hz]

Der Q-Faktor nimmt mit zunehmender Frequenz zu und ab einem bestimmten Punkt aufgrund von überproportional ansteigenden Hochfrequenzverlusten. Er ist beeinflusst durch Parameter der Litzenkonstruktion wie Anzahl der Einzeldrähte, Nenndurchmesser und Schlaglänge.

Wicklungsinduktivität L [H]

Der Spulen-Q-Faktor nimmt mit zunehmender Induktivität L zu (d.h. mit zunehmender Anzahl von Wicklungen N), der negative Einfluss des resultierenden erhöhten Spulenwiderstandsverlusts R kompensiert diesen Effekt nur bei höheren Frequenzen. Die Eigenkapazität der Spule nimmt mit der Anzahl der Wicklungen zu.

Wicklungswiderstand R [Ω] in Abhängigkeit der Frequenz f

Die ohmschen Verluste des Spulenwiderstands werden durch den Gesamtleiterquerschnitt ACCS beeinflusst. Die Verringerung von R führt anfänglich zu einem erhöhten Q-Faktor, bei höheren Frequenzen kommt es jedoch zu einer stärkeren Verringerung des Q-Faktors aufgrund zunehmender Hochfrequenzverluste.

Ein positiver Q-Faktor-Einfluss ist durch die Litzenkonstruktion möglich (Anzahl der Einzeldrähte, Nenndurchmesser, Schlaglänge usw.).

für verschiedene planare Spulen zeigt den Einfluss der Litzen- und  Spulenkonstruktion auf den Verlauf des Spulen-Q-Faktors anhand von drei gemessenen planaren Spulen mit 12 Wicklungen und verschiedenen Smartbond-Litzenkonstruktionen.

By reducing the length of lay to 10 mm, indicated as a red line in graph, the coil Q factor can be increased over the complete frequency range in comparison to the blue solid line with length of lay of 26 mm. If the increase of coil Q factor is only necessary for a selective range of frequency like in this example until 150 kHz, it can be sufficient for longer lay length to increase the coil inductance L by choosing a higher number of windings, which are in this example at a range from 12 to 17. Here the Q factor increases for the indicated range of frequency, but drops faster for higher frequencies, compare blue dotted line with red solid line.

Der Effekt der Stromverschiebung kann auch durch den Einfluss externer magnetischer Wechselfelder benachbarter Leiter oder anderer elektrischer Komponenten verursacht werden (siehe Abbildung “Externer Proximity-Effekt”).

Im Gegensatz zu Wirbelströmen, die durch den Skin-Effekt induziert werden, sind Wirbelströme, die durch den Effekt äußerer benachbarter Felder induziert werden, nicht rotationssymmetrisch zur Mitte des Leiters. Der Grund ist das inhomogene Verteilung des äßeren magnetischen Wechselfelds des felderzeugenden ersten Leiters.

Die induzierten Wirbelströme an jeder Stelle des betroffenen Leiters nahezu die gleiche Richtung. Die Wirbelströme verursachen ohmsche Verluste, die zu einer scheinbaren Erhöhung des ohmschen Widerstands führen, wie im vorherigen Abschnitt des Hauteffekts beschrieben. Die notwendige Energie zur Auprägung dieser Wirbelströme wird durch das verursachende Magnetfeld des externen Stroms geliefert. Aufgrund dieser allgemeinen Wechselwirkung zwischen Wirbelströmen und dem verursachenden Magnetfeld können zusätzliche Hochfrequenzverluste auch in jedem anderen benachbarten leitenden Material auftreten.

Interner Proximity Effekt

Die magnetischen Wechselfelder der einzelnen Lackdrähte eines Litzendrahtes verursachen auch Verluste in benachbarten Drähten durch Wirbelströme. Da diese Felder innerhalb der Litze durch die Einzelleiter selbst erzeugt werden, wird dieser Effekt als interner Proximity-Effekt bezeichnet, aber formal als zum Skin-Effekt gehörend angesehen, siehe Schema der Stromverschiebung unten.

Infolgedessen nehmen die elektrischen Verluste einer Litze durch den internen Proximity-Effekt mit steigenden Frequenzen zu und können in bestimmten Fällen sogar die Verluste eines Massivleiters mit gleichem Gleichstromwiderstand übersteigen.

Die Abbildung „Interner Proximity-Effekt“ zeigt die inhomogene Stromverteilung zwischen benachbarten Einzeldrähten (Stromdichte steigt von Blau nach Rot).

Dieser Effekt zeigt, dass es einen optimalen Frequenzbereich für Litzen gibt, bei dem die Verluste geringer sind als bei einem Massivleiter. Über diesen Bereich hinaus kann die Verwendung einer höheren Anzahl Einzeldrähte negative Auswirkungen haben.

Sowohl der Skin-Effekt als auch der Proximity-Effekt sind die wichtigsten Faktoren für die Betrachtung von Hochfrequenzverlusten in elektrischen Leitern, bei denen der kombinierte Einfluss des inneren und äußeren Proximity-Effekts dominiert. Bei einer bestimmten Arbeitsfrequenz kann in den meisten Fällen nur eine Litzenkonstruktion helfen, diese Verluste zu reduzieren. In diesem Fall müssen für jede Anwendung die Konstruktionsparameter wie Anzahl der Einzeldrähte, Einzeldrahtdurchmesser, Anzahl der Bündelungsschritte, Schlaglänge (Pitch) und Schlagrichtung angegeben werden. Gleichzeitig muss darauf geachtet werden, dass jeder einzelne Draht jede Stelle des Litzendrahtquerschnitts innerhalb einer definierten Länge konsistent einnimmt, damit jeder Draht die gleiche Länge und den gleichen Widerstand beibehält. In Kombination mit lackierten Einzeldrähten werden Litzendrähte in diesem Zusammenhang als Hochfrequenz (HF) -Litzdrähte bezeichnet.

Litzendesign - In diesem Kapitel werden folgende Aspekte behandelt:

I      Litzenmerkmale: Haupteinflüsse von Konstruktionsparametern

II     Auswahl des Einzeldrahtdurchmessers

III    Auswahl der Bündelkonstruktion

IV   Beispiel: Litzen für die HF-Lagenwicklung

V    Vergleich: Vorauswahl gem. Charles R. Sullivan

I Litzenmerkmale: Haupteinflüsse von Konstruktionsparametern

Die Leistung eines Litzendrahtes wird durch seine elektrischen, mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften bestimmt. Während die thermischen und chemischen Anforderungen durch Auswahl geeigneter Isolationsmaterialien, d. h. den Lacktyp, erfüllt werden, hängen die elektrischen und mechanischen Eigenschaften hauptsächlich von den gewählten Parametern der Bündelkonstruktion ab.

gibt einen Überblick über die gegenseitige Beeinflussung der Konstruktionsparameter auf die wichtigsten elektrischen und mechanischen Eigenschaften einer Hochfrequenzlitze.

Die Tabelle

zeigt eine Übersicht über Litzenkriterien, die auf die typischen Aspekte von Hochfrequenzspulen reduziert sind.

Oft gibt es in Anwendungen widersprüchliche Anforderungen, die mit dem Kunden hinsichtlich Machbarkeit und Priorisierung abgestimmt werden müssen. Das Know-How von Elektrisola im Bereich Litzendesign und Lackdrahttechnologie in Verbindung mit den Leistungserwartungen der Kunden für ihre Anwendung führt dann zu einer Produktlösung, die den besten Kompromiss in Bezug auf Leistung, Verarbeitungsfähigkeit und Kosteneffizienz darstellt.

II Auswahl des Nenndurchmessers der Einzeldrähte

Die richtige Wahl des Nenndurchmessers des einzelnen Lackdrahtes ist einer der wichtigsten Aspekte beim Entwurf einer Litze, da dies die Leistungseigenschaften einer Hochfrequenzlitze direkt beeinflusst (siehe R_AC/R_DC-Verhältnis). Gleichzeitig beeinflusst er auch alle mechanischen Eigenschaften.

Das Verhältnis des Einzeldrahtdurchmessers zur Betriebsfrequenz wird in der nachfolgenden Tabelle gezeigt.

Bezüglich des Skin-Effekt muss im Allgemeinen der nominale Einzeldrahtdurchmesser umso kleiner sein, je höher die Betriebsfrequenz ist. Um die Wechselwirkung zwischen mehreren Bündeldurchmessern OD_Bundle mit Skintiefen δ auf vereinfachte Weise zu berücksichtigen, sollte der maximale Einzeldrahtdurchmesser kleiner oder annähernd einem Drittel von δ sein:

Beispiel: 

f  = 200 kHz
δ ≈ 0,172 mm
Ø_SW  ≈ 0,063 mm

In Bezug auf den Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Litze bei äquivalenten Gesamtkupferquerschnitten kann Folgendes angenommen werden:

Je kleiner der Nenndurchmesser des Einzeldrahtes ist, desto

• flexibler und weicher der Litzendraht
• kleiner der minimale Biegeradius
• besser die Biegewechsel-Eigenschaft
• größer der Gesamtaußendurchmesser der Litze
• kleiner der Litzenkupferfüllfaktor
• höher die Einzeldrahtkosten

III Auswahl der Verseilkonstruktion

Wenn die Anzahl der Einzeldrähte für die Anwendung bestimmt ist, kann die spezifische Bündelkonstruktion ausgewählt werden. Feinere Litzendraht mit einer geringeren Anzahl von Einzeldrähten (typisch <60) werden in einem Schritt gebündelt, dickere und komplexere Litzendrähte werden in mehreren Schritten gebündelt.

Die Bündelkonstruktion wird durch Definition der Schlaglänge (Pitch), der Schlagrichtung (S oder Z) und der Anzahl der Bündel und Verseilstufen spezifiziert. Die richtige Auswahl der Bündelungsparameter ist erforderlich, um einen optimalen Kompromis zwischen elektrischen, mechanischen und verarbeitungsbezogenen Eigenschaften zu gewährleisten

Anzahl von Bündeln und Verseilschritten

Parameter wie Gesamtkupferquerschnitt, elektrischer Widerstand oder Stromdichte definieren die erforderliche Anzahl von Einzeldrähten, die in mehrere Bündel und Bündelungsschritte unterteilt werden können. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren können Bündel des ersten Bündelungsschritts für eine optimale Hochfrequenzeigenschaft ausgelegt werden. In Anbetracht dieser Faktoren beträgt die Anzahl der Einzeldrähte in einem Bündel typischerweise weniger als sechzig.

Es gibt 4 grundlegende Bündelkonstruktionen, die typischerweise im letzten Bündelungsschritt verwendet werden: Die 3, 4, 5 und konzentrische 7 Bündelkonstruktion.

3, 4 und 5 Bündelkonstruktionen

Diese Bündelkonstruktionen zeigen eine gute Verseilfähigkeit bei statistisch homogener Verteilung der Einzeldrähte über den Litzendrahtquerschnitt. Diese Konstruktionen werden für eine optimale Hochfrequenzleistung bevorzugt. Die 5-Bündel-Konstruktion wird aufgrund ihres runden Profils bevorzugt, da die Rundheit mit einer höheren Anzahl von Bündeln zunimmt.

Konzentrische 7 Bündel Konstruktion

Diese konzentrischen Konstruktionen, auch als "1 + 6-Bündelung" bezeichnet, weisen sowohl eine hohe Flexibilität als auch eine gute Dimensionsstabilität und Rundheit auf. Ein Bündel verläuft immer zentral, daher ist diese Konstruktion aufgrund des Unterschieds im Gesamtwiderstand zwischen den Bündeln weniger für Anwendungen geeignet, bei denen eine optimale Hochfrequenzeigenschaft erforderlich ist. Um Unterschiede in den Bündellängen für den letzten Verseilschritt auszugleichen, ist die Schlagrichtung des zentralen Bündels der Richtung der konzentrischen äußeren Bündel entgegengesetzt. Daher repräsentiert die Schlagrichtung des zentralen Bündels auch die Schlagrichtung des letzten Verseilschritts und umgekehrt.

Die bisherigen Grundkonstruktionen können unabhängig von der Anzahl der Verseilschritte und der Komplexität der elektrischen und mechanischen Anforderungen miteinander kombiniert werden. Sonderkonstruktionen sind möglich.

Auswahl der Schlaglänge und Schlagrichtung:

Die Schlaglänge bestimmt die mechanische Kompaktheit und die Hochfrequenzeigenschaft eines Bündels. Ein Maß für die Kompaktheit eines Verseilschritts ist der sogenannte Verseilfaktor. Er setzt die Schlaglänge eines Verseilschritts in das Verhältnis zum Außendurchmesser des Bündels und liegt typischerweise im Bereich von 15 bis 20.

Verseilfaktor

Der Verseilfaktor f_B kann wie folgt berechnet werden:

Abhängig von der Schlagrichtung wird der Verseilfaktor für Vorverseilungsschritte in vielen Fällen häufig höher gewählt.

Für die Auswahl der Schlaglänge und Schlagrichtung können folgende grundlegende Aussagen getroffen werden:

• Je kleiner die Schlaglänge ist,
  desto kompakter, steifer und formstabiler ist die Konstruktion, und desto größer ist der Außendurchmesser des Bündels.
• Wenn eine optimale Hochfrequenzleistung erforderlich ist, muss eine optimale Kombination aus Schlaglängen und Schlagrichtungen für alle Bündelungsschritte gewählt werden.
• Gegenläufige Schlagrichtungen mehrerer Bündelungsschritte sind für komplexe Litzendrahtkonstruktionen zu bevorzugen, bei denen eine hohe mechanische Flexibilität erforderlich ist.
• Bei gewickelten Spulen sollte die Schlaglänge im Bereich des kleinsten Wicklungsdurchmessers liegen.

Die Tabelle

zeigt eine Übersicht über verschiedene Konstruktionsvarianten einer Litze 270 x 0,071 mm und ihre Eigenschaften.

IV Beispiel: Litzen für Hochfrequenz-Lagenwicklung

In vielen Fällen werden Hochfrequenzspulen mit einer kleinen Anzahl von Wicklungen lagengewickelt. Normalerweise werden diese Litzen mit Seide oder Nylon umsponnen, da ein exaktes Wickeln in Lagen nur mit Litzen möglich ist, die ihre runde Form auch bei anliegender Wickelspannung auf dem Spulenkörper behalten. In einigen Fällen können auch nicht umsponnene

verwendet werden. Hier ist besondere Aufmerksamkeit erforderlich, um feste und formstabile Konstruktionen auszuwählen. Da jedoch eine kleine elliptische Verformung nicht vermeidbar ist, muss dies durch eine entsprechende Reduzierung des Gesamtaußendurchmessers ausgeglichen werden. Aus diesem Grund kann in diesem Fall eine zusätzlich umsponnene Litze bei gegebenem maximalen Außendurchmesser einen höheren Kupferquerschnitt aufweisen als eine nicht umsponnene Konstruktion.

Beispiel

Ein Beispiel zeigt die vereinfachte Vorauswahl einer Litzenkonstruktion für eine Lagenwicklung mit 30 Wicklungen und einer Betriebsfrequenz von 200 kHz. Angenommen wird, dass es sich um ein Wickelfenster mit einer effektiven nutzbaren Größe von Breite x Höhe = 25,8 mm x 8,0 mm handelt.

Lagenkonstruktion

Abhängig von der Wickeltechnologie können Lagenwicklungen in Schichten mit gleicher oder abwechselnder Anzahl von Windungen aufgebaut werden. Für die Vorauswahl ist es möglich, grob mit der gleichen Anzahl von Windungen pro Schicht zu berechnen. Dies ergibt hier 3 Lagen mit jeweils 10 Windungen für das Wicklungsfenster und eine berechnete max. Außendurchmesser für die verarbeitete Litze von d_LW=25,8 mm ⁄ 10 = 2,58 mm.

Einzeldrahtdurchmesser

Bündelkonstruktion

Der Gesamtaußendurchmesser einer Litze hängt von der Dimensionsstabilität während des Wickelvorgangs ab. Um dies als empirischen Wert zu berücksichtigen, sollte der berechnete maximale Außendurchmesser der verarbeiteten Litze d_LW=2,58 mm, siehe oben, für das umsponnene Material um 10% auf d_SW=2,32 und für das nicht umsponnene Material um 15% bis 20% auf d_SW=2,19 mm reduziert werden.

Die nicht umsponnene Litze sollte kompakt gebündelt werden, was beispielsweise eine geringe Schlaglänge und die gleiche Schlagrichtung pro Verseilschritt bedeutet. Konstruktionen mit 4 Bündeln oder 5 Bündeln sind bevorzugt.

Die Tabelle

zeigt einen Vergleich zwischen geeigneten umsponnenen und nicht umsponnenen Litzenkonstruktionen für Betriebsfrequenzen von 50 kHz, 125 kHz und 200 kHz und einem Wickelfenster mit einer Breite x Höhe = 25,8 mm x 8,0 mm.

In diesem Fall gelten für die gewünschte Lagenwicklung die folgenden Zusammenhänge:

• Der Kupferfüllfaktor der

• ist im Vergleich zur Basis-Litze etwas geringer. Die Anzahl der Einzeldrähte und damit der gesamte Kupferquerschnitt der nicht umsponnenen Litze nimmt weiter zu.
• Der Kupferfüllfaktor des Wickelfensters liegt typischerweise im Bereich von 25% bis 30%. Er ist für die umsponnene Litze aufgrund ihres in diesem Fall höheren Gesamtkupferquerschnitts höher als für die nicht umsponnene Basis-Litze.
• Eine Konstruktion mit 5 Bündeln ermöglicht eine symmetrische Litzenstruktur mit Teilbündeln von deutlich weniger als 60 Einzeldrähten.

Wenn keine Lagenwicklung erforderlich ist und eine frei gewickelte Spule verwendet werden kann, kann ein sehr flexibler und weicher Litzendraht hergestellt werden. In diesem Fall drücken sich die Spulenwicklungen ineinander, Zwischenräume werden optimal gefüllt und somit kann der Kupferfüllfaktor des Wicklungsfensters nochmals erhöht werden. Alternativ ist die Verwendung von

V Vergleich: Vorauswahl gemäß Charles R. Sullivan

Eine andere Methode zur vereinfachten Vorauswahl von Litzen für HF-Spulen wird von Charles R. Sullivan von der Thayer School of Engineering in Dartmouth, USA, in seiner Studie

Die verwendeten Parameter sind die Skintiefe, die Betriebsfrequenz, die Anzahl der Windungen des Wicklungsfensters, die Breite des Wicklungsfensters und die aus diesen berechnete Konstante k. Dieses Verfahren schlägt dann eine Zahl geeigneter Litzenkonstruktionen vor, bestehend aus dem nominalen Einzeldrahtdurchmesser, einer maximalen Anzahl von Einzeldrähten für den ersten Bündelungsschritt und der Anzahl von Bündeln für jeden weiteren Bündelungsschritt.

Dies wird durch folgende Schritte erreicht:

1. Bestimmung der Skintiefe δ, berechnet aus dem spezifischen Leiterwiderstand ρ, der Betriebsfrequenz f und der Permeabilität µ₀.

2. Definition der verfügbaren Breite b_W des Wickelfensters und der geforderten Anzahl von Windungen N_W einer gegebenen Spulenkonstruktion. Optional kann eine Konstruktion mit Luftspalt in Betracht gezogen werden.

3. Berechnung der ungefähren Werte für die empfohlene Gesamtzahl der Einzeldrähte n_SW in Abhängigkeit von mehreren nominalen Einzeldrahtdurchmessern d_SW. Die effektiv ausgewählte Anzahl von Einzeldrähten für einen bestimmten Nenndurchmesser kann bis zu ± 25 % vom berechneten Wert abweichen.

4. Auswahl des Nenndurchmessers des Einzeldrahtes und der Anzahl der Einzeldrähte. Nach dieser Auswahl wird bestimmt, welcher der tabellarischen Einzeldrahtdurchmesser (und Kombinationen an Zahlen) gemäß einer gegebenen Anzahl von Windungen in das Wicklungsfenster passt. Ein Kupferfüllfaktor des Wicklungsfensters von 25% bis 30% wird angenommen. Anforderungen an den Litzenwiderstand und die Stromkapazität müssen bestimmt werden. Alternative Konstruktionen mit größeren Einzeldrähten sind ebenfalls möglich.

5. Die Wechselwirkung zwischen Skintiefe und Bündeldurchmesser wird berücksichtigt: Die Berechnung der maximalen Anzahl von Einzeldrähten n_SW1max des ersten Bündelungsschritts ist abhängig von der frequenzbeeinflussten Skintiefe δ und dem gewählten nominalen Einzeldrahtdurchmesser d_SW.

6. Aufteilung der berechneten Gesamtzahl der Einzeldrähte, siehe (3), in Verseilschritten von 3, 4 und 5 Bündelkonstruktionen.

Eine Empfehlung für bestimmte Schlaglängen oder Schlagrichtungen der Konstruktionen wird in diesem Zusammenhang nicht gegeben. Es bleibt den Litzendrahtherstellern überlassen.

Die folgende Tabelle

vergleicht die zuvor gegebene praxisbezogene Auswahl der typischen Konstruktionen von Elektrisola mit denen nach der Methode von Charles R. Sullivan. Sie bezieht sich auf eine lagengewickelte Spule und ein Wickelfenster von 25.8 mm x 8 mm und Betriebsfrequenzen von 50 kHz, 125 kHz und 200 kHz.

Die Tabelle zeigt, dass die mit dem praxisbezogenen Ansatz ausgewählten Litzenkonstruktionen von Elektrisola eng mit den mit der Sullivan-Methode ausgewählten Konstruktionen übereinstimmen. Sie decken implizit die empfohlenen Grundeigenschaften ab:

• Die Gesamtzahl der Einzeldrähte der praxisbezogenen Beispiele liegt innerhalb des von der Sullivan-Methode vorgeschlagenen Bereichs.
• Die kombinierte Anwendung von 3, 4 oder 5 Bündelkonstruktionen ist ein integraler Bestandteil der für Elektrisola typischen Litzenkonstruktionen.
• Die Einzeldrähte der Grundbündel im ersten Bündelungsschritt sind unabhängig von der jeweiligen Konstruktion und Elektrisola-typisch frei wählbar innerhalb einer Anzahl von 60 Einzeldrähten.
• Kostensenkungen sind mit dickeren Einzeldrähten (d_SW≤ δ/3) möglich, entsprechend der Empfehlung von Charles R. Sullivan für eine variable Grundbündelung von 36 bis 64 Einzeldrähten.
• Neben der Kostenreduzierung können diese Konstruktionen zusätzlich den Füllfaktor der Litze und des Wickelfensters erhöhen.
• Durch sorgfältige Auswahl der Schlaglänge und -richtung kann das Produkt für jede spezifische Anwendung optimal angepasst werden.

Somit berücksichtigen die von Elektrisola angewandten Entwurfskonzepte für Hochfrequenzlitzen typischerweise sowohl anerkannte praktische wie auch theoretische Anforderungen.

Elektrisola liefert Hochfrequenzlitzen für die folgenden Anwendungen.

Inhalt

1. Automobil
   1. Elektrofahrzeug-Komponenten mit Litzen
      1. Bordladegerät (AC/DC)
      2. Gleichstromwandler (DC/DC)
      3. Induktives Laden
      4. Ladestation
      5. Elektromotor
      6. Grundlegende Zusammenhänge zwischen Litzen und Leistungselektronik
   2. Interior Heizung
   3. Interior Elektronik

1. Industrie
   1. Schaltnetzteile
   2. Sensoren
2. Medizin
   1. Hörgeräte
   2. Spezialanwendungen
3. Haushaltsgeräte
   1. Induktivkochfelder
4. Erneuerbare Energien
   1. Solar Wechselrichter
5. Konsumerelektronik
   1. Schaltnetzteile
   2. Smart Textiles
   3. Induktives Laden
6. Spezialleiter

• On-board charger (OBC) - Bordladegerät
• DC/DC converter - Gleichstromwandler
• Wireless charger (WC) - Kabelloses Ladegerät
• Charging station - Ladestation
• Electric traction motor - Elektrischer Traktionsmotor

Für die aufgeführten Komponenten ist ein Litzendraht erforderlich, um die Kupferverluste bei höheren Frequenzen zu verringern und die Effizienz zu erhöhen.

Höhere Leistungsdichten sind aufgrund der Effizienzverbesserungen durch die Verwendung von Hochfrequenzlitzen möglich. Es können leichtere und billigere Konstruktionen verwendet werden, die zu einer größeren Reichweite der Batterien für Elektrofahrzeuge führen. Darüber hinaus ist auch eine billigere Produktion durch Materialeinsparungen möglich.

Elektrisola bietet eine breite Palette von Litzen an, bei denen es sich um Schlüsselmaterialien und maßgebende Faktoren verschiedener Komponenten von Elektrofahrzeugen handelt, die in den folgenden Kapiteln beschrieben werden.

Allgemein

Elektrofahrzeuge haben mindestens zwei verschiedene Spannungsnetze, eines mit einer Niederspannungsbatterie für alle Fahrzeugperipheriegeräte und eines mit einer Hochspannungsbatterie für Antriebsstrangkomponenten. Der DC/DC-Wandler gewährleistet die bidirektionale Energieübertragung zwischen beiden Netzen durch Spannungsumwandlung mit galvanischer Trennung.

Technische Details eines DC/DC- Gleichstromwandlers

Das Niederspannungs-EV-Netzwerk basiert typischerweise auf Blei-Säure-Batterien mit Spannungspegeln zwischen 12 V und 48 V.

Das EV-Hochspannungsnetz enthält häufig eine Lithiumbatterie und der Spannungspegel variiert zwischen 200 V und 1000 V.

Die typische Leistung von DC/DC-Wandlern liegt zwischen 1,5 kW und 5 kW.

Die Leistungselektronik verwendet typischerweise Soft-Switching-Topologien mit einer Resonanztransformatorstufe mit galvanischer Trennung. Der bidirektionale Energiefluss wird durch Buck/Boost-Topologien zwischen den beiden Stufen realisiert.

Induktive Hochfrequenzkomponenten

Der Wirkungsgrad des DC/DC-Wandlers ist der Schlüssel für ein minimales Bauvolumen und ein geringes Gewicht. Hohe Schaltfrequenzen tragen zur Reduzierung der Induktor- und Transformatorgröße bei. Moderne Halbleitertechnologien ermöglichen höhere Frequenzen, was noch kleinere Induktivitäten und Transformatoren ermöglicht.

Die Schaltfrequenzen reichen von 100 kHz bis 550 kHz. Die Hochfrequenz-Litzendrahtprodukte sind für die Anwendung optimiert, um einen hohen Füllfaktor für einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten und gleichzeitig die Hochspannungsbeständigkeit aufrechtzuerhalten.

Der weit verbreitete Durchmesser einzelner Drahtlitzen beträgt 0,05 - 0,1 mm.

Typischerweise variieren die Werte der Temperaturklasse zwischen B (130°C) und F (155°C).

Litzenprodukte mit Klebeband, Extrusion und Umspinnung sind üblich.

Welche zu wählen ist, hängt von den einzelnen Anwendungsparametern ab, z. B. den bestehenden Platz- und Durchschlagspannungsanforderungen.

Beispiele für HF-Transformatoren finden Sie in den folgenden Bildern:

Allgemein

Ladestationen liefern elektrische Energie für den Ladevorgang der Traktionsbatterie von Plugin (H) EVs. Daher stehen zwei verschiedene Arten von Ladestationen zur Verfügung, um Wechselstrom aus dem Stromnetz in Gleichstrom für die EV-Batterie umzuwandeln:

Wechselstrom-Ladestation, die als Energiequelle für den OBC dient.

Gleichstrom-Ladestation, die als direkte Energiequelle für die EV-Batterie dient. Das Ladegerät ist hiermit Teil der Ladestation.

Technische Details von Ladestationen

Wechselstrom-Ladestation

Für den Wechselstromladevorgang werden die Ladegeräte an Bord des Elektrofahrzeugs (OBC) installiert. Einzelheiten finden Sie in Kapitel 1.1.1. Eine spezielle Version von AC-Ladestationen sind drahtlose Ladegeräte, die in Kapitel 1.1.3 beschrieben werden.

Das Bordladegerät kann entweder an öffentlichen Ladestationen oder an Ladestationen in Wohnanlagen angeschlossen werden.

Öffentliche Ladestationen

Öffentliche Ladestationen werden häufig mit öffentlichen Parkplätzen kombiniert. Sie sind im Besitz von gewerblichen oder privaten Unternehmen, manchmal in Partnerschaft mit einem Parkplatzbesitzer. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die verschiedenen Ladestationen.

Private Ladestationen

Wohn- oder private Ladestationen, die oft als „Wall Box“ bezeichnet werden, sind Ladestationen für Privathaushalte, die von einem EV-Besitzer in privaten Einrichtungen installiert werden können, um das Fahrzeug zu Hause aufzuladen. Sie werden jedoch häufig durch die Ausgangsleistung begrenzt, wenn entweder keine Hochvoltsteckdosen (CEE) verfügbar sind oder der Strom begrenzt ist.

Ein Vergleich der verschiedenen Lademöglichkeiten ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Gleichstromladestation

Gleichstrom-Ladestationen können eine Leistung von mehr als 43 kW erreichen, da Platz und Gewicht im Ladegerät nicht begrenzt sind, wie dies beim im Fahrzeug installierten OBC der Fall ist.

Das Ladegerät ist in die DC-Ladestation integriert, während die leistungselektronische Technologie bei externen Ladegeräten dieselbe ist wie bei OBC.

In Gleichstromladegeräten werden häufig modulare Konstruktionen verwendet. Dadurch kann die Leistung leicht erhöht werden, indem der Ladestation Module in einer Parallelschaltung hinzugefügt werden.

Ein Vergleich der verschiedenen Lademöglichkeiten ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Induktive Hochfrequenz-Komponenten für Ladestationen

Für zukünftige Arten von Elektrofahrzeugen plant die Industrie das Laden einer Leistung von bis zu 450kW bei Spannungen von 800V. Modernste Technologie in der Entwicklung der Leistungselektronik ermöglicht Spannungspegel von bis zu 1000V. Diese Hochspannungspegel ermöglichen ein schnelleres und effizienteres Laden.

Diese Trends führen zu hohen Anforderungen an die Isolierung von Hochfrequenzlitzen in den Induktivitäten und Transformatoren der Ladegeräte.

Externe Gleichstromladegeräte können im Vergleich zu Bordladegeräten eine höhere Ladeleistung liefern, da der verfügbare Platz nicht begrenzt ist. Die Ladeleistung an Bord ist durch das Gewicht und den Platzbedarf der Komponenten begrenzt.

Typische Litzenkonstruktionen von Hochfrequenztransformatoren in Gleichstromladegeräten verwenden Einzeldrähte mit einem Durchmesser von 0,07 bis 0,1mm, die für Schaltfrequenzen zwischen 50 und 100kHz optimiert sind.

Verhältnis von Schaltfrequenzen und Induktorgröße

Die Spulengröße in Transformatoren, Induktivitäten und Drosseln kann durch höhere Schaltfrequenzen erheblich reduziert werden.

Schaltfrequenzen werden durch Wärmeverluste begrenzt, die während des Schaltvorgangs auftreten. Aus diesem Grund muss die Schaltgeschwindigkeit begrenzt werden, um Schaltverluste in der Leistungselektronik zu minimieren und die Spulengrößen für höhere Leistungsdichten und ein geringeres Volumen zu reduzieren.

Die Entwicklungen bei Leistungstransistortechnologien haben aufgrund neuer Halbleitermaterialien eine signifikante Änderung der Schaltgeschwindigkeit und des Spannungsbereichs erreicht.

Kürzere Schaltzeiten bedeuten, dass die ansteigenden Spannungsflanken gemäß der folgenden Tabelle höher werden:

Beziehung zwischen Hochspannungstrend und Litzenisolationsmaterialien

Der Trend zu immer höheren Spannungen stellt hohe Anforderungen an die Isolationsmaterialien von Litzen. Zusätzlich benötigt das Hochspannungspotential zwischen den einzelnen Windungen des Transformators eine konstant hohe Isolierung benachbarter Windungen.

Dies wird durch die hochfrequent geschalteten Spannungen verursacht, insbesondere in Wandlertopologien mit Resonanzkreisen.

Für optimalen Wirkungsgrad, Hochspannungsschutz, Wärmeleitfähigkeit und Füllfaktor entwirft Elektrisola Litzen spezifisch für jeden Leistungstransformator.

Zusammenhang zwischen Schaltmethoden, Durchschlagspannung und Teilentladung

Die Spannung wird durch Halbleiterschalter gesteuert, um die Induktivitäten in der gesamten Leistungselektronik mit Strom zu versorgen. Diese bestehen hauptsächlich aus Litzen in Hochfrequenzanwendungen. Die Schaltmethoden unterscheiden sich je nach Anwendung zwischen hartem und weichen Schalten (Hard- und Soft-Switching).

Hartes Schalten bedeutet, dass der Schaltvorgang zu dem Zeitpunkt ausgeführt wird, an dem Strom und Spannung ungleich Null sind. Dadurch sind die Schaltverluste hoch und die Haltbarkeit der Leistungselektronik gering. Das Risiko einer Teilentladung ist bei Induktivitäten aufgrund des signifikanten Spannungsanstiegs pro Zeit hoch.

Weiches Schalten bedeutet, dass der Schaltvorgang zu dem Zeitpunkt ausgeführt wird, an dem Strom und Spannung Null sind. Die Schaltverluste in den Transistoren sind gering und verbessern die Effizienz und Haltbarkeit der Leistungselektronik und der induktiven Komponenten. Das Risiko einer Teilentladung ist gering.

Allgemein

Das kabellose Laden von Mobiltelefonen wird in der Passagierkabine immer häufiger eingesetzt, da hierbei für den Nutzer kein Ladekabel mehr erforderlich ist.

In diesem Markt sind zwei Technologien für drahtlose Ladesysteme weit verbreitet:

Induktives kabelloses Ladesystem

Die drahtlose Energieübertragung erfolgt durch gegenseitige Induktion von Magnetfeldern zwischen einer Sender- und einer Empfängerspule. In der Sendespule erzeugt ein Wechselstrom ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, das in alle Richtungen abgestrahlt wird. Die höchste Energieübertragungseffizienz in diesem System wird erreicht, wenn eine Empfängerspule mit identischen Abmessungen wie die Sendespule genau oberhalb und einige Millimeter von der Sendespule entfernt platziert wird.

Der Hauptvorteil von induktiven drahtlosen Ladesystemen ist ein relativ hoher Wirkungsgrad, wenn Sender und Empfänger eng miteinander verbunden sind.

Bevorzugt wird dieses Verfahren, wenn ein hoher Wirkungsgrad des Ladesystems benötigt wird.

Resonantes kabelloses Ladesystem

Dieses System ist immer noch "induktiv" in dem Sinne, dass ein von der Sendespule erzeugtes Magnetfeld einen Strom in der Empfängerspule induziert. Das Prinzip der Energieübertragung erfolgt jedoch bei höheren Frequenzen als bei induktiven Systemen und beruht darauf, dass sowohl Sender- als auch Empfängerspulen bei derselben Resonanzfrequenz arbeiten. In einem resonanten drahtlosen Ladesystem wird eine spezielle Kopplung zwischen den Spulen erzeugt, die eine Energieübertragung in größeren Entfernungen, zwischen mehreren Spulen und in mehrere Richtungen ermöglicht.

Es gibt einen gewissen Wirkungsgradverlust im System aufgrund von Flussleckagen, selbst bei eng positionierten Spulen.

Daher wird dieses System bevorzugt, wenn eine bequeme einfache Positionierung des Systems erforderlich ist.

Technische Standards

Es gibt zwei Hauptstandards für das drahtlose Laden von Unterhaltungselektronik:

• Qi

(Entwickelt vom Wireless Power Consortium „WPC“)

Technologie: Induktiv und Resonant

Betriebsfrequenz: 85 kHz - 205 kHz

Übertrager Leistungsbereich: 5 W - 15 W

• Rezence

(Entwickelt von Alliance for Wireless Power “A4WP”)

Technologie: Resonant

Betriebsfrequenz: 6.78 MHz

PTU (Power Transmitter Unit) Leistungsbereich: 2 W - 70 W

PRU (Power Receiver Unit) Leistungsbereich: 3.8 W - 50 W

Induktive Komponenten im Qi Standard

Übertragungsspulen im Qi-Standard werden in die Designvarianten A1 bis A34 (mit einer oder mehreren Primärspulen) und B1 bis B7 (mit einer Reihe von Primärspulen) eingeteilt. Die verschiedenen Designtypen unterscheiden sich unter anderem in der Größe und Form der Spulen (rund, oval und quadratisch), die aber alle Hochfrequenzlitzen mit 24 bis 180 Einzeldrähte des Nenndurchmessers 0,08mm aufweisen.

Obwohl Empfängerspulen nicht durch den Qi-Standard definiert sind, werden einige Beispiele vorgeschlagen, die ähnliche Litzenkonfigurationen wie die Senderspulen verwenden.

Typische Litzenprodukte

Typische Litzenprodukte für kabellose Ladedesigns finden Sie unter den folgenden Links:

• “Backlackdraht”
• “Basis Litze”
• “Umsponnene Litze”
• “Smartbond”

Allgemein

Die optimalen Hochfrequenz(HF)-Eigenschaften von Lackdrahtlitzen und die Vielzahl von Designmöglichkeiten machen Litzen zu einem optimalen Leiter für Sensoren und Antennen.

Besipiele sind:

• Induktive Näherungssensoren
• Metalldetektionssensoren
• Spulen für RFID-Systeme
• Spulen für die Nahfeldkommunikation

Technische Details

Radiofrequenz-Identifikation (RFID)

Das Lesegerät erzeugt ein Hochfrequenzfeld, das auf die Antenne des Transponders einwirkt. In der Antenne wird eine Spannung induziert, der Chip wird aktiviert und erzeugt durch Felddämpfung eine individuelle Antwort. Die Antwort wird vom Leser empfangen.

Nahfeldkommunikation (NFC)

NFC definiert unterschiedliche Kommunikationsprotokolle für eine Kommunikation zwischen zwei elektronischen Geräten über eine Entfernung von 4 cm.

Die langsame Verbindung kann für die folgenden beispielhaften Anwendungen verwendet werden:

• Kontaktlose Zahlungssysteme
• Informationsaustausch
• Identitäts- und Zugriffstoken
• Smartphone-Automatisierung
• NFC-Tags

Induktive Näherungsschalter

Die Funktion des Sensors basiert auf einem Schwingkreis, der aus einer Spule und einer Kapazität besteht, die durch den Q-Faktor gekennzeichnet sind. Die Spule selbst erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das den Erfassungsbereich abdeckt. Bei Vorhandensein eines leitenden Gegenstands in der Umgebung ändert sich der Q-Faktor aufgrund von Wirbelstromverlusten.

Der Verlust an Feldenergie wird von elektronischen Schaltkreisen des Näherungsschalters erfasst und der Gegenstand detektiert.

RFID-Geräte und Näherungsschalter werden in der Logistik, Prozessautomatisierung und Bahntechnik eingesetzt.

Typische Litzen

Elektrisola bietet folgende Designmöglichkeiten:

• Hochfrequenzlitzen mit Backlackdrähten ermöglichen kleinste Biegeradien mit hohen Kupferfüllfaktoren.
• Litzendrahtvarianten mit Smartbond-Überzug sorgen für eine einfache Heißluftverbackung mit dem höchsten Kupferfüllfaktor.
• Thermisch verklebbare Litzen mit Seiden- oder Nylon-Umspinnung von Elektrisola garantieren optimale Formstabilität und Wickelbarkeit für Luftspulen.

General

The solar inverter is the heart of a solar power system. It converts DC current from the solar panels into the grid alter-nating current.

At the same time electronic control in the inverter monitors the whole solar power system and the grid.

A solar inverter has the following tasks:

1. Efficient energy conversion from lower voltage DC to higher voltage AC
2. Power optimisation
3. Monitoring of power and temperature data
4. Communication to smart energy systems
5. Temperature management to avoid overheating of solar panels

Technical Details of Solar Inverters

Solar inverters can be categorized, dependent on three properties:

1. Power

The power ranges from a few kW to MW range. Typical values for private households are 5 kW, for industrial 10-20 kW and 500 kW and up for solar power plants.

1. Module interconnection

on the DC side solar inverters can be connected to a string, multistring, or central topology, dependent on the power and efficiency requirements.

1. Circuit topology

The inverter can be designed for single phase AC grid or three phase AC grid, and can be either with or without galvanic separation.

Galvanic separation is realised with a transformer between the DC and AC side. By doing this the module stack can be coupled to the ground to prevent alternating voltage potentials, which is compulsory in some countries.

Inverters without galvanic separation have the DC and AC side electrically connected, which leads to the advantage of higher efficiencies, but the disadvantage of alternating voltage potentials against ground which limits the lifetime.

Litz Wire Requirements for Solar Inverters

• Temperature index TI = 155 °C
• High mechanical robustness
• Good flexibility
• High dielectric breakdown voltage

Litz wire is used for special applications in Smart Textiles. Generally, very thin litz wires are used, as the wire must blend into the fabric and not disrupt the base texture. At the same time, rough handling in daily use, as well as washing or cleaning, creates a very demanding environment.

General

• Sports and casual clothings
• Protective gear for security forces, RFID Identification
• Building security technology
• Festive clothes/uniforms
• Mechanical engineering/monitoring of multi material systems, medical engineering

Technical Details

• Small outer diameter of litz wire
• Textile characteristics, fine structures
• High tensile strength, splice, and flex life performance
• Chemical stability

• Color retention

For use in textile applications special enamelled wires are needed, see

Typical Characteristics of Smart Textile Wires

• Single wire diameter: 0.02 mm - 0.071 mm
• Number of single wires: 2 - 100
• Conductor material: copper and alloys with and without silverplating
• Insulation: Polyurethane based enamels, extrusion coatings with low melting points
• Optional: Bare single wires
• Optional: Strain reliefs
• Optional: Nylon or silk serving for mechanical support

General

Litz wires can be used in similar ways as a cable because the individual strands of enamelled wire have a very strong insulation. Extrusion of the litz wire can be used to further strengthen the mechanical and electrical properties, but also adds weight and volume. There are some applications that use a litz wire with enamelled wires directly as a cable, having advantages on diameter, weight and volume. Colored single wires help to differentiate the individual strands in the litz wire for the further processing.

Typical Litz Wire Components

Examples for special litz wire conductors and cables are

• High frequency litz wires with superfine and very complex bunching construction, for example 600 x 0.010 mm or 25.000 x 0.20 mm.
• Micro cables with the smallest possible outer diameters of mere millimetres, for example 7 x 0.010 mm.

• Diagnostic cables with thermally fixed selfbonding enamelled wires. For example twisted pair wires (e.g. 2 x 0.020 mm) or planar Multifilar Wires.
• Trailing cables with maximum flexibility and low friction constructions and enamel coatings.
• Vibration resistant signal line with conductors based on special alloys (e.g. 7 x 0.04 mm).
• Litz wire for headset cables which are extruded together to get a thin light weight cable.
• High frequency litz wire with special color coding.