DE3510638C1 - Induktives Miniatur-Bauelement, insbesondere Miniatur-Spule sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements - Google Patents

Description

• Bei dem bekannten Miniatur-Bauelement wird zur mechanischen Befestigung des Kerns auf den Anschlußkontakten die in ihren Quer-Abmessungen den Kern übertreffende Ferrit-Grundplatte benötigt, was sich nachteilig auf die erzielbare Induktivität auswirkt, da das Größenverhältnis zwischen Kern und dem gesamten Bauelement begrenzt ist.
• Durch die einstückig mit dem rollenförmigen Kernteil ausgebildete Ferrit-Grundplatte wird der Kern unsymmetrisch und es muß bei der Zuführung der Kerne im Herstellungsverfahren auf die richtige Orientierung geachtet werden. Weiterhin ist das mehrfache Umbiegen der Anschlußkontakte als aufwendiger Arbeitsvorgang anzusehen.
• Es ist weiterhin aus der GB-PS 21 08 769 bekannt, Anschlußkontakte bei einem induktiven Miniatur-Bauelement unmittelbar auf die Stirnseite des Kerns aufzukleben. Diese Anschlußkontakte bestehen aber aus einem Metalldraht mit rechteckigem Querschnitt, der in einzelne Abschnitte geschnitten wird, die dann auf den Kern lediglich aufgeklebt werden. Dies hat den Nachteil, daß eine wirklich haltbare Verbindung zwischen Kontakt und Kern nicht sichergestellt ist und die Herstellung in einem vollautomatisierten Verfahren schwierigist.
• Weiterhin ist es aus der DE-OS 30 36 913 sowie den »Patents Abstracts of Japan, E-284, 13. Dezember 84, Vor.8, Nr.272« bekannt, induktive Miniatur-Bauelemente als ganzes mit Kunststoff zu umspritzen.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein induktives Miniatur-Bauelement der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das besonders einfach aufgebaut ist, hohe Induktivitätswerte erlaubt und das in einfacher Weise in einem vollautomatisierten Verfahren herstellbar ist, welches in kostengünstiger Weise die Herstellung von hohen Stückzahlen pro Zeiteinheit erlaubt.
• Die Lösung der ersten Teilaufgabe geschieht erfindungsgemäß mit einem induktiven Miniatur-Bauelement, welches die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bauelementes sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 3.
• Wie weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ist das erfindungsgemäße Miniatur-Bauelement besonders einfach aufgebaut, indem der Kern ohne eine Grundplatte direkt auf die Anschlußkontakte aufgesetzt ist und das ganze Bauteil mit Kunststoffmaterial umspritzt ist. Das Aufkleben des Kerns auf die Anschlußkontakte dient, wie weiter unten näher erläutert, lediglich zur zeitweisen Fixierung während des Herstellungsverfahrens. Die endgültige Stabilität des Bauelementes wird durch das Umspritzen mit Kunststoffmaterial hergestellt. Auf diese Weise entsteht ein hermetisch abgeschlossenes Bauelement. Das erfindungsgemäße Bauelement kann in außerordentlich kleinen Dimensionen hergestellt werden, wobei wegen des besonderen Aufbaus gute elektromagnetische Eigenschaften und eine gute thermische Entkopplung zwischen den herausgeführten Teilen der Anschlußkontakte und den Kontaktstellen mit den Wicklungsdrahtenden erreicht werden.
• Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur vollautomatischen Herstellung des erfindungsgemäßen Bauelements mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs-4 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 5 und 6 beschrieben.
• Die Anordnung der herzustellenden Bauelemente auf dem Band oder Bandabschnitt erlaubt es auch, jeden Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gleichzeitig für mehrere auf dem Band hintereinander angeordnete Bauteile auszuführen. Auf diese Weise ist es möglich, hohe Stückzahlen in der Zeiteinheit herzustellen.
• Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Bauelement und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Bauelementes näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 in Seitenansicht in schematisierter stark vergrößerter Darstellung ein induktives Miniatur-Bauelement; Fig. 2 das Bauelement nach F i g. 1 in einer Ansicht von unten; F i g. 3 in gegenüber F i g. 2 vergrößerter Darstellung eine Teilaufsicht auf einen Anschlußkontakt des Bauelementes nach Fig. 1 und 2; F i g. 4 in einer Ansicht von oben einen Abschnitt eines Metallbandes zur Herstellung eines Bauelementes nach F i g. 1 bis 3 vor dem Aufsetzen der Kerne; Fig. 5 in einer Schnittdarstellung nach Linie V-V in Fig. 4 das Band nach dem Aufsetzen und Bewickeln der ungeschnitten dargestellten Kerne und dem Anschluß der Wickeldrahtenden; F i g. 6 in einer schematischen Darstellung eine Gesamteinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Bauelementes nach F i g. 1 bis 3.
• Es wird zunächst anhand der F i g. 1 bis 3 der grundsätzliche Aufbau des herzustellenden induktiven Miniatur-Bauelementes, beispielsweise einer Drosselspule oder eines Übertragers, näher beschrieben.
• Das Bauelement besitzt einen einteiligen, massiven, symmetrisch zu einer Achse, welche zugleich die Spulenachse des Bauelements ist, ausgebildeten, Stirnflächen aufweisenden Kern aus elektrisch nicht leitendem, bzw. nur eine sehr kleine elektrische Leitfähigkeit aufweisendem Ferritmaterial. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Kern 1 verwendet, der in Längsrichtung einen im wesentlichen H-förmigen (rollenförmigen) Querschnitt aufweist. Selbstverständlich können aber auch andere einteilige Kerne mit einer Symmetrie-Achse verwendet werden. Um den Kern herum ist eine Wicklung 2 angeordnet, deren Enden 2a und 2b in weiter unten näher erläuterten Weise mit Anschlußkontakten durch Löten oder Schweißen verbunden sind.
• Selbstverständlich können auf den Kern auch mehrere Wicklungen aufgebracht werden. Die Anschlußkontakte des Bauelementes bestehen aus Metallstreifen, die auf eine Stirnfläche des Kerns 1 aufgeklebt sind. Das dargestellte Bauelement besitzt insgesamt vier Anschlußkontakte, von denen, wenn es sich beispielsweise um eine Induktivität mit zwei elektrischen Anschlüssen handelt, jeweils zwei elektrisch leitend miteinander verbunden sein können.
• Jeder Anschlußkontakt besteht aus einem einstückigen Metallstreifen mit mehreren aneinander anschließenden Streifenabschnitten, von denen jeweils ein erster Streifenabschnitt 3a, 3b, 3c, 3d nach außen herausgeführt ist und zum äußeren Anschluß des Bauelements dient. Ein zweiter Streifenabschnitt 4a, 4b, 4c, 4d, der, wie weiter unten gezeigt wird, zu Beginn des Herstellungsverfahrens in der Ebene des ersten Streifenabschnittes und rechtwinklig zu diesem angeordnet ist, schließt sich einstückig an den ersten Streifenabschnitt an. Die dritten Streifenabschnitte 4a, 4b, 4c, 4d dienen zum Anschluß der Wicklungsenden. In F i g. ist nur eine Wicklung angedeutet, deren Enden 2a und 2b mit den Streifenabschnitten 4a und 4b verbunden sind. Die in Fig.2 angedeuteten Streifenabschnitte 4c und 4d bleiben entweder frei oder sind mit den Enden einer weiteren, nicht dargestellten Wicklung verbunden. Die dritten Streifenabschnitte 4a, 4b, 4c und 4d sind aus der Ebene der Streifenabschnitte 3a, 3b, 3c, 3d heraus nach oben abgebogen. Sie weisen außerdem an ihren freien Enden eine Verbreiterung 5a auf, die ein Abrutschen der - sie umschlingenden Wicklungsenden vor dem Verlöten verhindert.
• Das Bauelement ist bis auf die zum äußeren Anschluß vorgesehenen Teile der ersten Streifenabschnitte von einer angedeuteten Ummantelung 21 umgeben. Diese Ummantelung erfolgt durch Umspritzen oder Umgießen.
• Wie in Fig.3 in Teildarstellung genauer gezeigt, weist jeder Anschlußkontakt im ersten Streifenabschnitt im Bereich des Überganges des ersten Streifenabschnittes 3c zu dem zweiten Streifenabschnitt 4c ein eingestanztes Loch 7 auf, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als die Breite des Streifenabschnittes 3c. Hierdurch wird eine gewisse thermische Entkopplung zwischen den herausgeführten ersten Streifenabschnitten und dem mit dem Wicklungsende verlöteten zweiten Streifenabschnitt 4c sowie der Klebestelle K erzielt Im folgenden wird anhand der F i g. 4 bis 6 das Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Bauelementes nach F i g. 1 und 2 näher erläutert.
• Beim Herstellungsverfahren kann von einem auf einer Rolle 11 aufgewickelten Metallband, beispielsweise einem Bandmaterial von 0,125 mm Dicke und 12 mm Breite, aus einer kupferhaltigen Legierung ausgegangen werden.
• Das Band 8 wird zunächst einer ersten Vorrichtung 12 zugeführt, in der es durch Stanzen in eine Form gebracht wird, die in den F ig. 4 und 5 dargestellt ist. Wie F i g. 4 zu entnehmen, wird das Band 8 mit eingestanzten Öffnungen 9 versehen, wobei innerhalb der Öffnung 9 gewisse mit dem Rand der Öffnung 9 verbundene Anteile des Bandes stehen bleiben. Die stehengebliebenen Anteile des Bandes setzen sich zusammen aus vier ersten Streifenabschnitten 3a, 3b, 3c, 3d, die symmetrisch zur Quermittelachse Q und zur Längsmittellinie M der Öffnung 9 angeordnet sind. Dabei verlaufen die ersten Streifenabschnitte 3a und 3c parallel zueinander und erstrecken sich in Querrichtung vom in F i g. 4 oberen Rand der Öffnung 9 bis kurz vor die Mittellinie M. Den ersten Streifenabschnitten 3a und 3cliegen zwei weitere erste Streifenabschnitte 3b und 3d gegenüber, die sich von dem in F i g. 4 unteren Rand der Öffnung 9 in Querrichtung bis kurz vor die Längsmittellinie Merstrecken.
• In der Nähe der inneren Enden der ersten Streifenabschnitte sind jeweils zweite und dritte Streifenabschnitte 4a, 4b, 4c, 4d angeordnet, die sich einstückig an die ersten Streifenabschnitte anschließend in Längsrichtung des Bandes 8 über einen Teil der Öffnungsweite in Längsrichtung erstrecken.
• Das Band 8 ist weiterhin mit Löchern 10 versehen, in welche Transportvorrichtungen eingreifen können.
• Nach dem Stanzen wird das Band 8 zur Durchführung einer weiteren Verfahrensstufe einer Vorrichtung 13 zugeführt, der gleichzeitig aus einem Vorratsbehälter 14 Ferritkerne zugeführt werden. Mittels der Vorrichtungen 13 werden die Ferritkerne 1 von oben so auf das Band 8 aufgesetzt, daß jeder Kern 1 die inneren Enden der ersten Streifenabschnitte 3a, 3b, 3c, 3d etwa zu glei- chen Flächenteilen überdeckt. Damit beim Aufsetzen des Kerns von der Vorrichtung 13 nicht erst unterschieden werden muß, welche der beiden Stirnflächen nach unten gerichtet sein muß, werden Kerne verwendet, die in bezug auf ihre Quermittelebene symmetrisch ausgebildet sind. Der Kern wird mit den Streifenabschnitten des Bandes 8 durch Klebung verbunden.
• Von der Vorrichtung 13 läuft das Band dann weiter in die Vorrichtung 15, in der die Wicklung auf den Kern 1 aufgebracht wird. Der Wicklungsdraht wird der Vorrichtung 15 von einer Zufuhrvorrichtung 16 aus zugeführt. Zur Durchführung der Bewicklung können an sich bekannte Automaten verwendet werden, bei denen der Wicklungsdraht mittels eines Führungsstiftes zugeführt wird, der von oben kommend um den Kern herumgeführt wird, wobei er auf unterschiedlichen, vorgebbaren Umlaufbahnen im Raum geführt werden kann. Zu Beginn und am Ende der Bewicklung des Kerns 1 selbst werden mittels der gleichen Einrichtung die Wicklungsenden um die dritten Streifenabschnitte 4a, 4b, 4c, 4d herumgeführt. Bei diesen Bewegungen taucht der Führungsstift im allgemeinen mehr oder weniger tief in die Öffnungen 9 des Bandes 8 ein. Die Öffnungen 9 müssen daher in ihrer Weite so bemessen sein, daß die Bahn des Führungsstiftes auch bei der Bewicklung der zweiten Streifenabschnitte nicht behindert wird.
• Nach dem Aufbringen der Wicklung werden die Verbindungsstellen zwischen den Wicklungsenden und den dritten Streifenabschnitten 4a, 4b, 4c, 4d durch Löten oder eine andere Art der Befestigung in einer Vorrichtung 17 fixiert.
• Anschließend an den Lötvorgang können gegebenenfalls in der Vorrichtung 17 die dritten Streifenabschnitte 4a, 4b, 4c, 4d ganz oder teilweise nach oben hochgebogen werden, so daß das Band mit den bewickelten Kernen sich in einem Zustand befindet, wie er in F i g. 5 dargestellt ist Das Hochbiegen der dritten Streifenabschnitte 4a, 4b, 4c, 4d hat den Vorteil, daß die Querabmessungen des fertigen Bauelementes herabgesetzt werden. Bei entsprechender Führung der Wicklungsenden wird außerdem erreicht, daß zwischen dem Befestigungspunkt des Wicklungsendes am zweiten Streifenabschnitt und dem Punkt, an dem das Wicklungsende in die auf den Kern 1 aufgebrachte Wicklung 2 übergeht, sich ein eine Zugentlastung darstellendes gebogenes Drahtstück ausbildet.
• In dem nunmehr erreichten Zustand wird das ganze Bauelement mit einer Umhüllung, beispielsweise aus Epoxid-Harz, umspritzt Dies kann beispielsweise in der Vorrichtung 18 geschehen, der das Material von einer Zufuhrvorrichtung 19 zugeführt wird. Dabei ist es mpglich, entweder das Band insgesamt durch die Vorrichtung 18 hindurchzuführen oder das Band in einzelne Abschnitte zu teilen, die jeweils mehrere Bauelemente enthalten und diese Abschnitte in eine Spritzmaschine einzeln einzulegen.
• Nach dem Umspritzen wird das fertiggestellte Bauelement vom Band 8 abgetrennt, in dem die ersten Streifenabschnitte 3a, 3b, 3c, 3d am Rand der Öffnung 9 abgeschnitten werden. Dies kann in der Vorrichtung 20 geschehen.
• Das beschriebene Verfahren ist vollautomatisierbar und außerordentlich flexibel in seiner Ausgestaltung. So kann die Bewegung des Bandes 8 durch die verschiedenen Stationen kontinuierlich oder schrittweise erfolgen.
• Weiterhin ist es ohne weiteres möglich, sehr rasch zwischen verschiedenen Typen von Bauelementen zu wechseln. Werden beispielsweise Spulen hergestellt, so können jeweils die parallellaufenden ersten Streifenabschnitte 3a und 3c bzw. 3b und 3d durch eine Brücke miteinander verbunden sein und die Wicklungsenden sind lediglich mit den zweiten Streifenabschnitten 4a und 4b verbunden. Werden dagegen Übertrager hergestellt, so sind alle vier Anschlußkontakte elektrisch voneinander getrennt.
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Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Induktives Miniatur-Bauelement, mit einem einteiligen, massiven, symmetrisch zu einer Achse, welche zugleich die Spulenachse des Bauelements ist, ausgebildeten, Stirnflächen aufweisenden Kern aus elektrisch schlecht leitendem, ferromagnetischen Material, insbesondere Ferritmaterial, wobei der Kern außerdem symmetrisch zu einer senkrecht zur Spulenachse gedachten Ebene ist, mit mindestens einer um den Kern herum angeordneten Spulenwicklung, sowie mit jeweils zwei zu einer Wicklung gehörenden, aus einstückigen Metallstreifen bestehenden Anschlußkontakten, welche jeweils erste und zweite in einer Ebene liegende, im rechten Winkel zueinander angeordnete Streifenabschnitte aufweisen, wobei die Anschlußkontakte an der einen Stirnfläche des Kerns befestigt sind, so daß die zum äußeren Anschluß des induktiven Bauelementes vorgesehenen ersten Streifenabschnitte sowie die zweiten Streifenabschnitte senkrecht zur Spulenachse liegen und -wobei die Anschlußkontakte weiterhin dritte, jeweils an die zweiten Streifenabschnitte anschließende Streifenabschnitte aufweisen und die Enden der dritten Streifenabschnitte jeweils mit dem einen Ende einer Spulenwicklung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontakte (3a-4a, 3b-4b, 3c-4c, 3d-4d) unmittelbar auf die eine Stirnfläche des Kerns (1) aufgeklebt sind, wobei mindestens 50% der Stirnfläche von den auf dieser Stirnfläche aufliegenden Flächen der Anschlußkontakte (3a-3d, 4a-4d) überdeckt sind und jeder der zum äußeren Anschluß dienenden ersten Streifenabschnitte (3a-3d) im Bereich des Übergangs zwischen dem ersten und zweiten Streifenabschnitt (3a-4a bis 3d-4d) mindestens eine sich über einen Teil seiner Breite erstreckende, durch den Metallstreifen durchgehende Ausnehmung (7) aufweist und daß Kern, Spulenwicklungen und Anschlußkontakte derart mit Kunststoffmaterial (21) umspritzt sind, so daß lediglich die äußeren Enden der zum äußeren Anschluß des Bauelements dienenden Streifenabschnitte (3a, 3b, 3c, 3d) seitlich aus dem Kunststoffmaterial herausragen.
2. 2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der zum äußeren Anschluß dienenden ersten Streifenabschnitte (3a bis 3d) eine größere Länge aufweist als die Summe der Längen der jeweils zugehörigen zweiten und dritten Streifenabschnitte (4a -4d).
3. 3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Anschluß der Spulenwicklung dienenden dritten Streifenabschnitte in Richtung zur Spulenachse hin abgewinkelt sind.
4. 4. Verfahren zur Herstellung eines induktiven Miniatur-Bauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Band oder Bandabschnitt aus Metall fortlaufend mit eingestanzten Öffnungen versehen wird, derart, daß innerhalb jeder der Öffnungen mindestens zwei mit dem Öffnungsrand verbundene Anschlußkontakte mit ersten, zweiten und dritten Streifenabschnitten entstehen und der Aufbau des Bauelementes weiterhin erfolgt, indem der Spulenkern mit den Streifenabschnitten verbunden, an--schließend bewickelt wird und die Wicklungsdrahtenden mit den dritten Streifenabschnitten kontaktiert werden, der restliche Wickeldraht abgetrennt und nach Abschluß des Aufbaus das Bauelement durch Stanzen aus dem Band oder Bandabschnitt herausgetrennt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: (a) Die Öffnungen (9) werden derart eingestanzt, daß sich die ersten Streifenabschnitte (3a-3d) bis unmittelbar vor die Öffnungsmittellinie (M) erstrecken und die zweiten Streifen abschnitte (4a-4d) sich nur über einen kleinen Teil der Öffnungsweite erstreckten und es werden in die ersten Streifenabschnitte (3a-3d) im Bereich der Übergänge zwischen ersten und zweiten Streifenabschnitten (3c-4c) Ausnehmungen (7)-eingestanzt, die sich über einen Teil der Breite des Streifenabschnittes erstrecken; (b) der Spulenkern (1) wird mit einer Stirnfläche unmittelbar so auf die Streifenabschnitte aufgesetzt, daß er die inneren Enden sämtlicher erster Streifenabschnitte zu gleichen Flächenteilen überdeckt und mit diesen Streifenabschnitten durch Klebung verbunden; (c) das Bauelement wird nach dem Bewickeln des Kerns (1) und dem Kontaktieren der Wicklungsdrahtenden mit den dritten Streifenabschnitten bis auf die zum äußeren Anschluß des Bauelements vorgesehenen Teile der ersten Streifenabschnitte vollständig mit Kunststoffmaterial (21) umspritzt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (8) bzw. der Bandabschnitt derart mit Öffnungen (9) versehen wird, daß die mit dem Öffnungsrand verbundenen ersten Streifenabschnitte (3a, 3b, 3c, 3d) in Querrichtung zum Band (8) verlaufen.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den jeweils parallellaufenden ersten Schleifenabschnitten (3a, 3b, 3c, 3d) eine sich über mindestens einen Teil ihrer Länge erstreckende Brücke bestehen bleibt.

   Gegenstand der Erfindung ist ein induktives Miniatur-Bauelement mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelementes entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

   Ein derartiges Bauelement, wobei der Kern jedoch nicht symmetrisch zu einer zur Spulenachse senkrechten Ebene ist und ein entsprechendes Herstellungsverfahren, sind aus der DE-OS 26 17 465 bekannt.

   Bei dem aus DE-OS 26 17 465 bekannten Bauelement besteht der Kern aus elektrisch schlecht leitendem, ferromagnetischem Material. Der bekannte Kern weist ein rollenförmiges Kernteil und eine einstückig damit ausgebildete Grundplatte auf; beide bestehen aus Ferrit-Material. Die Anschlußkontakte sind mit dieser Grundplatte verbunden, indem sie an deren Unterseite aufliegen und indem die mit den Wicklungsenden der Spulen verbundenen Streifenabschnitte der Anschlußkontakte die Ferrit-Grundplatte klauenartig umgreifen, so daß ihre Enden auf der Oberseite der Ferrit-Grundplatte außerhalb des rollenförmigen Kernteils aufliegen.