DE10114182C2 - Induktives Bauelement mit Drahtführungsschlitzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement mit einem Spulenkörper, der einen durch Außenflansche und ein Wickel­ rohr begrenzten Wickelraum, jeweils eine an einen Außen­ flansch angeformte Kontaktleiste mit Kontaktelementen und Drahtdurchführungsschlitze in zumindest einer der Kontaktlei­ sten aufweist, die zum Wickelraum hin einen Bereich mit ver­ änderlicher Tiefe verlaufen.

Ein derartiges Bauelement ist aus der DE 198 29 505 A1 be­ kannt. Bei diesem Spulenkörper befinden sich die Drahtfüh­ rungsschlitze vollständig in der Kontaktleiste und verlaufen bei einem ersten Typ innen liegender Drahtführungsschlitze bis zum Wickelrohr und bei einem zweiten Typ aussen liegender Drahtführungsschlitze bis zu einem Absatz des Außenflansches, der sich in den Wickelraum bis zur Kontktleiste erstreckt.

Induktive Bauteile, vornehmlich als Spulen oder Übertrager, auch mit unterteilten Wickelräumen, müssen hohen Anforderun­ gen hinsichtlich Überspannungsfestigkeit und Kriechstromfe­ stigkeit genügen. Bei der Montage auf Leiterplatten in Ver­ bindung mit anderen elektronischen Bauteilen können Spannun­ gen von 200 V und darüber zwischen den Windungen auftreten. Es ist deshalb notwendig, den Spulenkörper so zu bewickeln, daß die Knick- und Biegebelastung des Wickeldrahts möglichst gering und die Wicklung selbst möglichst gleichmäßig ist. Ein gleichmäßiger Wickelaufbau kann auch von den elektrischen. Spezifikationen für die Induktivität notwendig sein. Für die jeweiligen spezifischen Anwendungen derartiger Spulen oder Übertrager sind entsprechende Normen zu beachten, beispiels­ weise für Telekommunikationsanwendungen die EN60950, in der insbesondere auch Kriechstromfestigkeit gefordert wird.

Die Wicklungsenden, die mit den Kontaktelementen verbunden werden müssen, werden bei dem bekannten Spulenkörper in den Drahtführungsschlitzen der Kontaktleisten geführt. In der Praxis wird oft die erste und jede weitere Wicklung mit einem Klebeband (Barrier Tape) an der inneren Flanschseite befe­ stigt und von der jeweils benachbarten Wicklung getrennt, um einerseits die Kriechstromfestigkeit zwischen Kern und erster Wicklung bzw. andererseits zwischen den Wicklungen unterein­ ander sicherzustellen. Es läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß bei der Herstellung des induktiven Bauelements ein Zug auf die erste Wicklung bzw. die inneren Wicklungen ausgeübt wird, sobald die zweite Wicklung und jeweils nächste Wicklung aufgebracht wird.

Die DE 42 20 287 C2, die US 5,008,644 und die EP 0 594 031 be­ schreiben weitere Spulenkörprer mit Drahtführungsmöglichkei­ ten, die das angesprochene Problem aber nicht lösen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein induk­ tives Bauelement der eingangs genannten Art mit verbesserten Eigenschaften anzugeben.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1. Ausbildungen der Erfindung sind in Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß der Draht der ersten Wick­ lung in dem Abschnitt, der vom Wickelrohr weg zu den Kontak­ telementen bzw. den Anwickelpins der Kontaktelemente führt, keinen oder nur geringen Reibkontakt mit der zweiten oder hö­ heren Wicklung hat und deshalb eine geringere Zugbelastung auf den Wickeldraht entsteht. Entsprechendes gilt für die nächsthöheren Wicklungen, d. h. für die zweite Wicklung bei Aufbringen der dritten usw., sofern mehr als zwei Wicklungen vorgesehen sind. Der größte Vorteil entsteht jedoch bei der ersten, innersten Wicklung, weil bei dieser der Abstand zur Kontaktleiste am größten ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der Herstellung des Bauelements die Prozeßsicherheit beim Wickeln erhöht wird.

Vorteilhaft kann das Barrier Tape einfach und sicher seitlich an der Innenseite eines Außenflansches angebracht werden, weil der Wicklungsdraht in diesem Bereich weitgehend im Drahtführungsschlitz verläuft und allenfalls geringfügig an der Innnenseite des Außenflansches aufliegt.

Ein anderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch den Verlauf des endseitigen Bereichs des Wickeldrahts in den Drahtführungsschlitzen die Homogenität des Lagenaufbaus der Wicklungen, insbesondere bei höheren Wickellagen deutlich verbessert ist. Dadurch wird es möglich, das induktive Bau­ element als oberflächenmontierbares Bauelement zu gestalten und den Bestückvorgang (pick and place) dank des homogenen Wickelaufbaus zu automatisieren. Gleichzeitig ist der Wickel­ vorgang des induktiven Bauelements prozeßsicher beherrschbar.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die gerin­ gere Knick- und Zugbeanspruchung des Wickeldrahts in den An­ schlußbereichen sowie durch die Führung des Drahtes in den Drahtführungsschlitzen die Überspannungsfestigkeit und die Kriechstromfestigkeit des Bauelements verbessert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vier Figuren der Zeichnung näher erläutert, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Spu­ lenkörpers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Spulenkörper senkrecht zur Achse des Wickelrohres,

Fig. 3 eine weitere schematische perspektivische Ansicht des Spulenkörpers gemäß der Erfindung,

Fig. 4 schematische Querschnitte verschiedener Formen von Drahtführungsschlitzen und

Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch einen Endbereich des Bauelements.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist ein oberflächenmon­ tierbares induktives Bauelement dargestellt. Gemäß Fig. 1, in der Elemente des Bauelements im Hinblick auf die Symmetrie und zur Verbesserung der Übersichtlichkeit teilweise nur auf einer Seite des Wickelrohres mit Bezugszeichen versehen sind, ist eine perspektivische Ansicht des Bauelements aus Unter­ sicht, d. h. der Sicht auf die später auf eine Leiterplatte aufzubringende Unterseite, dargestellt. Das induktive Bauele­ ment ist insbesondere eine Spule oder ein Übertrager und kann auch Unterteilungen des Wickelraums haben.

Der Spulenkörper 10 weist einen Wickelraum auf, der im Aus­ führungsbeispiel nicht weiter unterteilt ist. Der Wickelraum wird definiert durch ein Wickelrohr 11, das im Ausführungs­ beispiel im Querschnitt annähernd ellipsoidförmig ist, jedoch auch eine andere Querschnittsform haben kann, beispielsweise kreisförmig. Seitlich wird der Wickelraum bzw. das Wickelrohr durch Außenflansche 12a, 12b begrenzt. An die Außenflansche 12a, 12b sind Kontaktleisten 13a, 13b einstückig angeformt. Die Kontaktleisten enthalten jeweils Kontaktelemente, die im Ausführungsbeispiel stiftförmig sind und die einerseits über Anwickelpins 14'a bis 14'h mit den Enden der Wicklungen und andererseits über Leiterplattenpins 14a bis 14h mit entspre­ chenden Kontaktflächen beispielsweise auf einer gedruckten Leiterplatte verbindbar sind.

Es versteht sich, daß die Kontaktleisten auch andere Formen der Anschlußelemente haben können, wie sie für oberflächen­ montierbare Bauelemente an sich bekannt sind. Die Geometrie der elektrischen Anschlußelemente des Spulenkörpers ist dabei weitgehend unabhängig von der Ausgestaltung der Drahtfüh­ rungsschlitze.

Die auf der Unterseite der Kontaktleisten herausragenden Tei­ le der Kontaktelemente, die Leiterplattenpins, sind so ge­ formt, daß die Anschlußkontaktbereiche der Kontaktelemente abgebogen und abgeflacht sind. Die abgeflachten Unterseiten der Leiterplattenpins liegen koplanar in einer Ebene, damit das Bauteil leicht auf eine gedruckte Leiterplatte aufgesetzt und verlötet werden kann. Im Ausführungsbeispiel verlaufen diese Bereiche in einer Ebene, die parallel zur Achse A (s. Fig. 2) des Wickelrohrs verläuft.

Damit ein Kontaktieren der Wicklung leichter möglich ist, sind die Kontaktelemente innerhalb der Kontaktleisten so ge­ führt, daß ein zweiter Teil des jeweiligen Kontaktelementes, der Anwickelpin, seitlich aus dem Spulenkörper herausragt. Auch diese für die Wicklungskontaktierung vorgesehenen Enden der Kontaktelemente verlaufen im wesentlichen in einer Ebene parallel zur Achse des Wickelrohrs. Diese Ausführung der Kon­ taktelemente bietet weiterhin die Möglichkeit, Zugang zu den Wicklungsanschlüssen zu erhalten, selbst wenn das Bauelement auf einer Leiterplatte verlötet ist. Das Bauelement kann je­ doch auch mit Durchsteck-Kontaktelementen oder anderen Geome­ trien der Kontaktelemente ausgeführt sein.

Auf jeder Seite des Wickelraums verlaufen mehrere Drahtfüh­ rungsschlitze zwischen den Kontaktelementen, im Ausführungs­ beispiel die Drahtführungsschlitze 15, 16 und 17 zwischen den Kontaktelementen 14a bis 14d- bzw. entsprechende Drahtfüh­ rungsschlitze auf der anderen Seite des Wickelraums-, die sich unterseitig der Kontaktleisten quer zur Längsachse der Kontaktleisten des Spulenkörpers erstrecken.

Die zunächst in den Kontaktleisten im wesentlichen parallel zur Achse A des Wickelrohres verlaufenden Drahtführungs­ schlitze biegen dann in Richtung zum Wickelraum und zum Wic­ kelrohr hin ab. "In Richtung" heißt, dass sich die Tiefe des jeweiligen Drahtdurchführungsschlitzes zum Wickelrohr hin verringert und schließlich an der Innenseite des Außenflan­ sches Null wird. Der Abbiegepunkt ist im Ausführungsbeispiel derartig weit vom inneren Rand der Kontaktleisten bzw. der Innenseite des Außenflansches entfernt, daß ein abgeschräger Bereich entsteht, der den darin geführten Wickeldraht zumin­ dest in einem Teilbereich vollständig aufnehmen kann, ohne daß der Draht an dem Abbiegepunkt des Drahtführungsschlitzes über Gebühr abgeknickt werden muß.

Statt einer vergleichsweise starken Abbiegung wie in der Fig. 1, die in Fig. 4a schematisch noch einmal als Schnitt durch eine Kontaktleiste verdeutlicht ist, können auch andere Geometrien des Verlaufs der Drahtführungsschlitze auf der der Innenseite der Aussenflansche zugewandten Seite vorgesehen sein. Der Querschnitt des Drahtführungsschlitzes in Fig. 4b ist durchgehend gebogen bzw. gewölbt, während Fig. 4c eine durchgehende Schräge des Querschnitts, bezogen auf die Achse des Wicklerohrs 11 zeigt. In Fig. 4c ist der Aussenflansch 12 im Bereich des Übergangs zur Kontaktleiste 13 auf Höhe des Drahtführungsschlitzes verstärkt, Bezugszeichen 24. Die Geo­ metrien sind so gestaltet, dass es keine scharfen Kanten gibt, die die Isolation der aufzubringenden Drahtwicklung be­ schädigen könnten.

In Fig. 1 mündet der abgeschrägte Teilbereich 18 und 20 der jeweiligen Drahtführungsschlitze - bzw. entsprechende Berei­ che auf der anderen Seite des Wickelraums -, wie in Fig. 2 oder Fig. 4 deutlich wird, nahe am Wickelrohr 11 auf der In­ nenseite des jeweiligen Außenflansches, während der entspre­ chende Teilbereich 19 des zentralen Drahtführungsschlitzes noch im Bereich der Kontaktleiste im Wickelraum mündet, s. Fig. 2. Das bedeutet, da im Ausführungsbeispiel ein rechtec­ kiger Querschnitt des Drahtführungsschlitzes gewählt worden ist, daß die Drahtführungsschlitze im Außenbereich des Spu­ lenkörpers mit einer Ecke an dem Wickelrohr münden. Andere Querschnitte und Verläufe der Drahtführungsschlitze sind mög­ lich, z. B. ein trapezförmiger oder ovaler Querschnitt. Auch müssen die äußeren Drahtführungsschlitze 15, 17 nicht symme­ trisch zum Drahtführungsschlitz 16 angeordnet sein. Allein der zentral angeordnete Drahtführungsschlitz 16 mündet im we­ sentlichen mit seiner ganzen Querschnittsbreite am Wickel­ rohr. Das bedeutet weiterhin, daß die äußeren Drahtführungs­ schlitze mit ihren Innenseiten allenfalls tangential an das Wickelrohr anschliessen können, bzw. dass sie in ihrem Ver­ lauf vorteilhaft zum Wickelrohr hin orientiert sind. Gegebe­ nenfalls kann die Längsrichtung der Bereiche 18 und 20 nicht parallel, sondern unter einem Winkel und im Extremfall dirkt in Richtung auf die Achse A des Wickelrohrs weisen.

Die notwendige Anzahl der Drahtführungsschlitze richtet sich nach der Zahl der Kontaktelemente und ist an jeder Kontakt­ leiste gegenüber den Kontaktelementen um eins vermindert.

Gemäß der Erfindung verlaufen die angeschrägten Bereiche 18 und 20 der Drahtführungsschlitze nicht mehr ausschließlich in den Kontaktleisten, sondern zumindest teilweise auch in den Außenflanschen. Damit die Außenflansche im Bereich der in Richtung zum Wickelrohr verlaufenden Drahtführungsschlitze nicht materialmäßig zu sehr geschwächt werden, kann vorgese­ hen sein, das die Außenflansche zumindest im Bereich außer­ halb des Wickelraums zusätzlich verstärkt sind, wie dies in Fig. 3 bzw. Fig. 4c schematisch dargestellt ist. Die Außen­ flansche haben dabei eine Fußverstärkung 23, 24 im Übergangs­ bereich zu den Kontaktleisten, die sich in Richtung zur Achse des Wickelrohres hin verjüngt. Diese Verstärkung bietet wei­ terhin grundsätzlich die Möglichkeit, zwischen den Außenflan­ schen und den Kontaktleisten eine größere Stabilität zu ge­ währleisten. Dies wirkt sich bei kleinen Bauelementen positiv auf die Koplanarität der Anschlußbereiche der Kontaktelemente für die Leiterplatte aus. Umgekehrt wird dadurch die Gefahr einer Sollbruchstelle zwischen Außenflansch und Kontaktleiste deutlich verringert.

Durch die abgeschrägte Ausbildung der Drahtführungsschlitze im innenseitigen Teil der Außenflansche ist es möglich, den Anschlußteil der untersten Wicklung bereits mit den Anwickel­ stiften zu verbinden, selbst wenn noch keine Lötung erfolgt. Der Drahtanschlußteil liegt dabei im wesentlichen innerhalb des Drahtführungsschlitzes und erreicht nahezu unmittelbar am Wickelrohr den Wickelraum, derart, daß er allenfalls in ge­ ringem Maße quer zur Wickelrichtung an den Außenflanschen aufliegt. Dies ist in Fig. 5 schematisch angedeutet, wobei Wicklungen W1 und W2 vorgesehen sind, die jeweils mit einem Barrier Tape B1 bzw. B2 am Aussenflansch 12 befestigt sind und gegeneinander durch eine Isolierlage I1 isoliert sind.

Durch den Verlauf des Drahtanschlusses für die Wicklung W1 im wesentlichen in dem Drahtführungsschlitz kann die zweite bzw. können die nachfolgenden Wicklungen keinen oder nur einen verringerten Zug auf die unterste Wicklung W1 ausüben, so daß ein zusätzlicher Entlastungseffekt auf den Drahtanschluß ent­ steht. Darüber hinaus wird es möglich, daß die Wicklungen ei­ nen sehr homogenen Lagenaufbau erhalten, weil durch die Drahtanschlüsse keine größeren Ausbuchtungen im Wicklungsteil verursacht werden. Durch diese homogene Wicklung wird es mög­ lich, ein oberflächenmontierbares Bauelement "pick-and- place"-fähig zu machen, das heißt, daß dieses Bauelement durch einen Sauggreifer erfaßt werden und auf der Leiterplat­ te platziert werden kann.

Abhängig von der Lage der Schrägbereiche der Drahtführungs­ schlitze mehr im Zentrum oder in den Außenbereichen des Wic­ kelraums haben diese schrägen Bereiche 18, 19, 20 unter­ schiedliche Längen und unterschiedliche Winkelschrägen, da nur so gewährleistet wird, daß die schrägen Bereiche in der Nähe des Wickelrohres an der jeweiligen Innenseite des Außen­ flansches münden können.

In den Figuren sind weiterhin in den Kontaktleisten Hinter­ schneidungen 21a, 21b vorgesehen, in die beispielsweise eine über das Bauelement zu steckende Abdeckkappe eingreifen kann. Eine derartige Abdeckkappe ist vorzugsweise aus einem federn­ den Material herstellbar, dessen Außenschenkel durch geeigne­ te Einschnitte in ihren Endbereichen so geformt, daß sie in die Hinterschneidungen 21 einrasten können.

Weiterhin sind auf den Unterseiten des induktiven Bauelements im Ausführungsbeispiel an den Kontaktleisten Zapfen 22a, 22b vorgesehen, die als Positionierungshilfe des Bauelements auf der Leiterplatte verwendet werden können. Es handelt sich da­ bei jedoch um eine rein fakultative Ausgestaltung, da das Bauelement auch ohne die Zapfen funktionsfähig ist.

Claims (10)

1. Induktives Bauelement mit einem Spulenkörper (10), der aufweist:

• - einen durch Außenflansche (12) und ein Wickelrohr (11) be­ grenzten Wickelraum,
• - jeweils eine an einen Außenflansch (12) angeformte Kon­ taktleiste (13) mit Kontaktelementen (14),
• - Drahtführungsschlitze (15, 18; 17, 20) in zumindest einer der Kontaktleisten (13), die zum Wickelraum hin je einen Bereich mit veränderlicher Tiefe haben

dadurch gekennzeichnet,

• - dass sich zumindest ein Teil der Drahtführungsschlitze (15, 18; 17, 20) über die Kontaktleisten hinaus bis in den Außenflansch erstreckt und am Wickelrohr (11) mündet, wo­ bei die Länge des jeweiligen Bereichs mit veränderlicher Tiefe bei einem außen liegenden Drahtführungsschlitz grö­ ßer als bei einem innen liegenden Drahtführungsschlitz ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden der Drahtführungsschlitze (15, 18; 17, 20) von der Kontaktleiste zum Wickelraum hin in einem ersten Bereich par­ allel (15; 17) zur Achse (A) des Wickelrohrs (11) verlaufen und dann in einem zweiten Bereich (18; 20) zum Wickelraum hin abgebogen sind.

3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden der Drahtführungsschlitze (15, 18; 17, 20) in ihrem gesamten Bereich den gleichen Winkel zur Achse (A) des Wic­ kelrohrs (11) einschließen.

4. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Drahtführungsschlitze (15, 18; 17, 20) aufge­ spannten Ebenen parallel verlaufen.

5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (A) des Wickelrohrs (11) parallel zu den durch die Drahtführungsschlitze (15, 18; 17, 20) aufgespannten Ebenen verläuft.

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Drahtführungsschlitze (15, 18; 17, 20) vorgesehen sind, deren Böden zum Wickelraum hin unter einem unterschied­ lichen Winkel zur Achse des Wickelrohrs verlaufen.

7. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Drahtführungsschlitz einen rechtwinkligen oder trapezförmigen oder ovalen Schlitzquerschnitt hat.

8. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtführungsschlitze jeweils zwischen zwei Kontaktele­ menten angeordnet sind.

9. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflansche im außenseitigen Übergangsbereich zu den Kontaktleisten zumindest teilweise Verstärkungen (23, 24) aufweisen.

10. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es oberflächenmontierbar ausgestaltet ist.