DE10361233A1

DE10361233A1 - Induktives Miniatur-Bauelement, insbesondere Antenne

Info

Publication number: DE10361233A1
Application number: DE10361233A
Authority: DE
Inventors: Dieter Lorenz; Olaf SCHÖN; Eugeniosz Swoboda
Original assignee: Neosid Pemetzrieder GmbH and Co KG
Current assignee: Neosid Pemetzrieder GmbH and Co KG
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-28
Also published as: EP1634308B1; WO2005062316A2; DE502004002866D1; ATE353469T1; EP1634308A2; WO2005062316A3

Abstract

Ein induktives Miniatur-Bauelement, insbesondere eine Antenne. Das Bauelement besitzt einen als flaches Bauteil ausgebildeten Wickelkörper (1), auf welchen drei Spulenwicklungen (2X, 2Y, 2Z) derart aufgebracht sind, dass die Achsen dieser Spulenwicklungen in die drei Raumrichtungen (X, Y, Z) weisen. Der Wickelkörper (1) besteht aus Kunststoffmaterial und besitzt innerhalb seiner Außenflächen einen Führungsflächen (7.1 bis 7.3) enthaltenden, im Wesentlichen parallel zur Mittelebene verlaufenden Aufnahmeraum (5), in den ein als flaches Bauteil ausgebildeter Ferritkern eingesetzt oder eingeschoben ist. Zur Führung der dritten Spulenwicklung (2Z) kann der Wickelkörper (1) in den Eckbereichen Führungselemente (3.1, 3.4; 4.1, 4.4) an der Oberseite und an der Unterseite aufweisen, die Aufnahmetaschen mit U-förmigem Querschnitt bilden, in denen die Windungen der dritten Spulenwicklung (2Z) verlaufen. An den Führungselementen (3.1, 3.4) der Unterseite des Wickelkörpers (1) können Kontaktelemente (6.1, 6.4) angeordnet sein, an denen die Wicklungsenden der Spulenwicklungen angeschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Miniatur-Bauelement, insbesondere eine Antenne, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Bauelemente sind grundsätzlich bekannt.

Bei bisher bekannten Bauelementen dieser Art besteht der Wickelkörper, auf welchen die drei Spulenwicklungen aufgebracht sind, mindestens teilweise aus Ferritmaterial, was herstellungstechnisch gewisse Schwierigkeiten aufwirft. Weiterhin ergeben sich bei der Herstellung oft Schwierigkeiten, indem einzelne Schritte des Herstellungsverfahrens, insbesondere das Aufbringen der dritten Spulenwicklung, von Hand durchgeführt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein induktives Miniatur-Bauelement, insbesondere eine Antenne, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Merkmalen so auszubilden, dass eine wenig aufwendige Herstellung möglich ist, die insbesondere vollautomatisch durchgeführt werden kann, die aber insbesondere einen sicheren Sitz der dritten Spulenwicklung gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bauelements sind in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Verfahren zur automatischen Herstellung des erfindungsgemäßen Bauelements sind in den Verfahrensansprüchen 10 und 11 beschrieben.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Wickelkörper des Bauelements insgesamt aus Kunststoff herzustellen und zwar derart, dass er innerhalb seiner Außenflächen einen Aufnahmeraum aufweist, in den ein als flaches Bauelement ausgebildeter Ferritkern vollautomatisch von oben eingesetzt oder von der Seite eingeschoben wird. Anschließend daran werden ebenfalls automatisch die drei Spulenwicklungen auf den Wickelkörper aufgebracht. Hierbei wird die dritte Spulenwicklung durch die am Wickelkörper angeordneten Führungselemente, welche Aufnahmetaschen bilden, durch welche die Windungen der dritten Spulenwicklung hindurchgeführt werden, in einem sicheren Sitz gehalten. Die Führungselemente sind in den Eckbereichen des Wickelkörpers angeordnet, so dass die dritte Spulenwicklung in diesen Bereichen besonders sicher geführt ist.

Das erfindungsgemäße induktive Miniatur-Bauelement lässt sich rasch und wenig aufwendig auf entsprechend ausgestatteten Automaten herstellen.

Im folgenden wird anhand er beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel für ein induktives Miniatur-Bauelement nach der Erfindung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 in einer ersten Ausführungsform den nur teilweise mit zwei Wicklungen bewickelten Wickelkörper eines Miniatur-Bauelements von unten gesehen;
2 den teilweise mit drei Wicklungen bewickelten Wickelkörper nach 1 in einer Ansicht auf die Schmalseite;
3 den Wickelkörper nach 1 und 2 in einer Ansicht von oben;
4 einen Schnitt nach der Linie A-B in 3;
5 einen Schnitt nach der Linie C-D in 3;
6 in einer Darstellung analog 1 eine Variante des Wickelkörpers im unbewickelten Zustand;
7 u. 8 den Wickelkörper nach 6 jeweils in einer Ansicht auf die Schmalseite;
9 den Wickelkörper nach 6 bis 8 in einer Ansicht von oben;
10 einen Schnitt nach der Linie A'-B' in 9;
11 einen Schnitt nach der Linie C'-D' in 9;
12 in einer zweiten Ausführungsform den mit drei Wicklungen bewickelten Wickelkörper eines Miniatur-Bauelements von unten gesehen;
13 den Wickelkörper nach 12 im teilweise bewickelten Zustand in einer Ansicht auf die Schmalseite;
14 in einer Darstellung analog 12 den Wickelkörper im unbewickelten Zustand;
15 in einer Darstellung analog 13 den Wickelkörper im unbewickelten Zustand.
Der in den 1 bis 5 im nur teilweise bewickelten Zustand dargestellte Wickelkörper 1 ist als in seinen Außenumrissen achteckiges, flaches Bauteil ausgebildet und zum Aufbau einer isotropen Antenne gedacht, indem auf ihn drei Spulenwicklungen derart aufgebracht werden, dass die Achsen dieser Spulenwicklungen in die drei jeweils senkrecht zueinander ausgerichteten Raumrichtungen X, Y und Z weisen. Diese Raumrichtungen X, Y und Z sind in den Zeichnungen angegeben. Die Spulenwicklungen sind so auf den Wickelkörper 1 aufgebracht, dass eine erste Spulenwicklung 2X und eine zweite Spulenwicklung 2Y in zwei senkrecht zueinander und parallel zur Mittelebene des Wickelkörpers 1 liegenden Richtungen der Breite und der Länge des Wickelkörpers um diesen herumgewickelt sind und die dritte Spulenwicklung 2Z entlang der Schmalseite des Wickelkörpers 1 seinem Umfang folgend um diesen herumgewickelt ist.
In den vier Eckbereichen des Wickelkörpers 1 sind den Umfang des Wickelkörpers überragende, parallel zu einer Mittelebene des Wickelkörpers verlaufende und zu beiden Seiten des Windungsverlaufs der dritten Spulenwicklung 2Z liegende Führungselemente 3.1 bis 3.4 und 4.1 bis 4.4 angeordnet, die derart einander gegenüberliegen, dass, wie aus den Zeichnungen zu ersehen, jeweils zwei Führungselemente 3.1 und 4.1, 3.2 und 4.2, 3.3 und 4.3 sowie 3.4 und 4.4 Aufnahmetaschen mit U-förmigem Querschnitt bilden, in denen die Windungen der dritten Spulenwicklung 2Z verlaufen.
An den äußeren Kanten der Führungselemente 3.1 bis 3.4 an der Unterseite des Wickelkörpers 1 sind jeweils Anschlussfahnen 6.1 bis 6.4 angeordnet zum Anschluss der Enden der Spulenwicklungen und zum Anschluss des Bauelements an die Leiterbahnen einer nicht dargestellten Leiterplatte.
Der Wickelkörper 1 besteht aus Kunststoffmaterial und besitzt innerhalb seiner Außenflächen einen von Führungsflächen 7.1, 7.2, 7.3 begrenzten, im wesentlichen parallel zur Mittelebene verlaufenden, sich zur Oberseite des Wickelkörpers 1 hin öffnenden Aufnahmeraum 5, in den ein als flaches Bauteil ausgebildeter Ferritkern von oben eingesetzt werden kann. Dieses Einsetzen des Ferritkerns geschieht, bevor die drei Spulenwicklungen auf den Wickelkörper 1 aufgebracht werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Aufnahmeraum 5 die Innenkontur eines regelmäßigen Achtecks. Dementsprechend besitzt der in ihn einzusetzende Ferritkern die Außenform eines regelmäßigen Achtecks. Der Ferritkern kann durch Verkleben im Aufnahmeraum fixiert sein.
Die 6 bis 11 zeigen eine Variante des Wickelkörpers nach 1 bis 5 im unbewickelten Zustand. Die wesentlichen Unterschiede bestehen in einer etwas anderen Ausgestaltung der Führungselemente für die dritte Spulenwicklung sowie der Anschlusselemente, an welche die Enden der Spulenwicklungen angeschlossen sind. In den 6 bis 11 sind die den Einzelheiten des Wickelkörpers nach 1 und 5 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, die mit einem Apostrophstrich versehen sind. Eine ausführliche Beschreibung des Wickelkörpers nach 6 bis 11 erscheint nicht erforderlich.
Selbstverständlich sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen sich der Aufnahmeraum zur Unterseite des Wickelkörpers oder zu einer der Schmalseiten hin öffnet. Im letzteren Fall wird der Ferritkern dann von einer der Schmalseiten her in den Aufnahmeraum eingeschoben.
In den 12 bis 15 ist im bewickelten und unbewickelten Zustand eine zweite Ausführungsform eines Wickelkörpers dargestellt.
Der Wickelkörper 11 ist wiederum als flaches, im wesentlichen achteckiges Bauteil ausgebildet, auf den drei Spulenwicklungen derart aufgebracht sind, dass wiederum die Achsen dieser Spulenwicklungen 12X, 12Y, 12Z in die drei jeweils senkrecht zueinander ausgerichteten Raumrichtungen X, Y und Z weisen. Die Spulenwicklungen 12X, 12Y, 12Z sind in der gleichen Weise aufgebracht wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen.
In den vier Eckbereichen des Wickelkörpers 11 sind den Umfang des Wickelkörpers überragende, parallel zu einer Mittelebene des Wickelkörpers ver laufende und zu beiden Seiten des Windungsverlaufs der dritten Spulenwicklung 12Z liegende Führungselemente angeordnet, von denen die an der Unterseite des Wickelkörpers 11 liegenden Führungselemente 13.1 bis 13.4 in den 12 und 14 sichtbar sind, während von den an der Oberseite des Wickelkörpers 11 liegenden Führungselementen nur die Führungselemente 14.1 und 14.2 in den 13 und 15 sichtbar sind. Die Führungselemente an der Oberseite und an der Unterseite liegen wiederum derart einander gegenüber, dass sie Aufnahmetaschen bilden, in denen die Windungen der dritten Spulenwicklung 12Z verlaufen. Um Fortsätze der an der Unterseite angeordneten Führungselemente 13.2 und 13.4 sind jeweils die Enden von Spulenwicklungen herumgewickelt und dort verlötet, so dass Anschlusselemente 16.2 bzw. 16.4 gebildet werden zum Anschluss des Bauelements an die Leiterbahnen einer nicht dargestellten Leiterplatte.
Innerhalb seiner Außenflächen besitzt der Wickelkörper 11 einen von Führungsflächen 17 begrenzten, im wesentlichen parallel zur Mittelebene verlaufenden, sich zu einer Schmalseite des Wickelkörpers 11 hin öffnenden Aufnahmeraum 15, in den ein als flaches Bauteil ausgebildeter Ferritkern 18 eingeschoben ist. Das Einschieben des Ferritkerns 18 geschieht, bevor die drei Spulenwicklungen auf den Wickelkörper 11 aufgebracht werden.
Im folgenden werden Verfahren beschrieben, nach denen ein induktives Miniatur-Bauelement, wie anhand der 1 bis 5 bzw. 12 bis 15 beschrieben, auf einem entsprechend ausgestatteten Fertigungsautomaten hergestellt werden kann.
Im Fall eines Bauelements nach 1 bis 5 laufen folgende Verfahrensschritte automatisch ab:

a) Herstellen eines Wickelkörpers aus Kunststoffmaterial mit einem Aufnahmeraum für einen Ferritkern und mit einstückig angeordneten Führungselementen an der Oberseite und an der Unterseite;
b) Bereitstellen eines als flaches Bauteil ausgebildeten Ferritkerns;
c) Einsetzen des Ferritkerns von oben in den Aufnahmeraum des Wickelkörpers;
d) Wickeln einer ersten und zweiten Spulenwicklung auf den Wickelkörper in zwei senkrecht zueinander in der Mittelebene des Wickelkörpers liegenden Richtungen;
e) Wickeln einer dritten Spulenwicklung entlang der Schmalseite des Wickelkörpers in den Raum zwischen den Führungselementen der Oberseite und den Führungselementen der Unterseite;
f) Verbinden der Wicklungsenden der drei Spulenwicklungen mit Kontaktelementen an der Unterseite des Wickelkörpers durch Löten;
g) Abführen des Bauelements zum Messen und Verpacken.

Im Fall eines Bauelements nach 12 bis 15 laufen folgende Verfahrensschritte automatisch ab:

a) Herstellen eines Wickelkörpers aus Kunststoffmaterial mit einem Aufnahmeraum für einen Ferritkern und mit einstückig angeordneten Führungs-elementen an der Oberseite und an der Unterseite;
b) Bereitstellen eines als flaches Bauteil ausgebildeten Ferritkerns;
c) Einschieben des Ferritkerns von der Schmalseite her in den Aufnahmeraum des Wickelkörpers;
d) Wickeln einer ersten und zweiten Spulenwicklung auf den Wickelkörper in zwei senkrecht zueinander in der Mittelebene des Wickelkörpers liegenden Richtungen;
e) Wickeln einer dritten Spulenwicklung entlang der Schmalseite des Wickelkörpers in den Raum zwischen den Führungselementen der Oberseite und den Führungselementen der Unterseite;
f) Wickeln der Wicklungsenden der drei Spulenwicklungen um Vorsprünge der Führungselemente an der Unterseite des Wickelkörpers und Verlöten der Enden;
g) Abführen des Bauelements zum Messen und Verpacken.

Claims

Induktives Miniatur-Bauelement, insbesondere Antenne, mit einem als flaches rechteckiges oder vieleckiges Bauteil ausgebildeten Wickelkörper, auf welchen drei Spulenwicklungen derart aufgebracht sind, dass die Achsen dieser Spulenwicklungen in die drei jeweils senkrecht zueinander ausgerichteten Raumrichtungen (X, Y, Z) weisen, wobei eine erste und eine zweite Spulenwicklung in zwei senkrecht zueinander in der Mittelebene des Wickelkörpers liegenden Raumrichtungen der Breite und der Länge des Wickelkörpers um diesen herumgewickelt sind und die dritte Spulenwicklung entlang der Schmalseite des Wickelkörpers seinem Umfang folgend um diesen herumgewickelt ist, wobei der Wickelkörper an seiner Unterseite Führungselemente zur Führung der dritten Spulenwicklung an einer ihrer Seiten aufweist und das Bauelement einen von den Spulenwicklungen umfassten Ferritkern besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper (1, 11) aus Kunststoffmaterial besteht und innerhalb seiner Außenflächen einen Führungsflächen (7.1 bis 7.3, 17) enthaltenden, im wesentlichen parallel zur Mittelebene verlaufenden Aufnahmeraum (5, 15) aufweist, in den der als flaches Bauteil ausgebildete Ferritkern (18) eingesetzt oder eingeschoben ist.
Miniatur-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper (1, 11) einen vieleckigen Außenumriss aufweist und in vier Eckbereichen an der Oberseite und der Unterseite des Wickelkörpers (1, 18) den Umfang des Wickelkörpers überragende, parallel zur Mittelebene des Wickelkörpers verlaufende, jeweils zu beiden Seiten des Windungsverlaufs der dritten Spulenwicklung (2Z) liegende Führungselemente (3.1 bis 3.4, 4.1 bis 4.4, 13.1 bis 13.4, 14.1, 14.2) angeordnet sind.
Miniatur-Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (3.1 bis 3.4, 4.1 bis 4.4, 13.1 bis 13.4, 14.1, 14.2) an der Oberseite und der Unterseite des Wickelkörpers (1, 11) jeweils derart einander gegenüberliegen, dass sie Aufnahmetaschen mit U-förmigem Querschnitt bilden, in denen die Windungen der dritten Spulenwicklung (2Z) verlaufen.
Miniatur-Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Führungselementen (3.1 bis 3.4) der Unterseite des Wickelkörpers (1) jeweils Kontaktelemente (6.1 bis 6.4) angeordnet sind, an welche die Wicklungsenden der Spulenwicklungen angeschlossen sind.
Miniatur-Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (6.1 bis 6.4) als Kontaktfüße ausgebildet sind, mit denen das Bauelement auf eine Leiterplatte aufsetzbar und mit den Leiterbahnen der Leiterplatte verbindbar ist.
Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aufnahmeraum (5) zur Oberseite des Wickelkörpers (1) hin öffnet.
Miniatur-Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (5) die Innenkontur eines regelmäßigen Achtecks aufweist.
Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aufnahmeraum zur Unterseite des Wickelkörpers hin öffnet.
Miniatur-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aufnahmeraum (15) zu einer der Schmalseiten des Wickelkörpers (11) hin öffnet.
Verfahren zur Herstellung eines Miniatur-Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende automatisch ablaufende Verfahrensschritte: a) Herstellen eines Wickelkörpers aus Kunststoffmaterial mit einem Aufnahmeraum für einen Ferritkern und mit einstückig angeordneten Führungselementen an der Oberseite und an der Unterseite; b) Bereitstellen eines als flaches Bauteil ausgebildeten Ferritkerns; c) Einsetzen des Ferritkerns von oben in den Aufnahmeraum des Wickelkörpers; d) Wickeln einer ersten und zweiten Spulenwicklung auf den Wickelkörper in zwei senkrecht zueinander in der Mittelebene des Wickelkörpers liegenden Richtungen; e) Wickeln einer dritten Spulenwicklung entlang der Schmalseite des Wickelkörpers in den Raum zwischen den Führungselementen der Oberseite und den Führungselementen der Unterseite; f) Verbinden der Wicklungsenden der drei Spulenwicklungen mit Kontaktelementen an der Unterseite des Wickelkörpers durch Verlöten; g) Abführen des Bauelements zum Messen und Verpacken.
Verfahren zur Herstellung eines Miniatur-Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 9, gekennzeichnet durch folgende automatisch ablaufende Verfahrensschritte: a) Herstellen eines Wickelkörpers aus Kunststoffmaterial mit einem Aufnahmeraum für einen Ferritkern und mit einstückig angeordneten Führungselementen an der Oberseite und an der Unterseite; b) Bereitstellen eines als flaches Bauteil ausgebildeten Ferritkerns; c) Einschieben des Ferritkerns von der Schmalseite her in den Aufnahmeraum des Wickel körpers; d) Wickeln einer ersten und zweiten Spulenwicklung auf den Wickelkörper in zwei senkrecht zueinander in der Mittelebene des Wickelkörpers liegenden Richtungen; e) Wickeln einer dritten Spulenwicklung entlang der Schmalseite des Wickelkörpers in den Raum zwischen den Führungselementen der Oberseite und den Führungselementen der Unterseite; f) Wickeln der Wicklungsenden der Spulenwicklungen um Vorsprünge der Führungselemente an der Unterseite des Wickelkörpers und Verlöten der Enden; g) Abführen des Bauelements zum Messen und Verpacken.