AT411124B

AT411124B - Bauelement mit einem wicklungsträger zur montage auf einem schaltungsträger

Info

Publication number: AT411124B
Application number: AT6042001A
Authority: AT
Inventors: Martin Petricek
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2003-09-25
Also published as: ATA6042001A; EP1377992A1; WO2002084677A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement zur Montage auf einem Schaltungsträger, wie z. B. einer Leiterplatte, mit einem Wicklungsträger zur Aufnahme von zumindest einer Wicklung, wobei der Wicklungsträger an seiner Unterseite Befestigungselemente aufweist, mittels welcher er an dem Schaltungsträger befestigbar ist.

Bei der herkömmlichen Montage solcher Bauelemente, wie etwa Spulen, wird ein Schaltungs- träger, etwa eine Leiterplatte, auf der Bauteilseite mit dem Bauelement bestückt. Zur Befestigung werden die Anschlusspins bzw. Anschlussstifte des Bauelementes mit der Leiterplatte verlötet. Um die Festigkeit dieser mechanischen Verbindung noch zu erhöhen, wird der Spulenkörper mit dem Schaltungsträger noch zusätzlich verschraubt. Dazu ist es notwendig, den Schaltungsträger zu wenden, damit die Schrauben durch die Leiterplatte in den Spulenkörper eingedreht werden kön- nen.

Nachteilig daran ist der mit dem Wenden des Schaltungsträgers und dem Eindrehen der Schrauben verbundene, zusätzliche Kosten verursachende Zeitaufwand. Ausserdem besteht bei dem Verschrauben die Gefahr der Beschädigung von Leiterbahnen und Bauteilen beispielsweise durch das Abrutschen mit einem Schraubwerkzeug.

Die EP 0 260 840 A2 sowie die DE 197 34 491 A1 zeigen eingangs erwähnte Bauelemente zum Befestigen von Wickelgütern auf einem Schaltungsträger. Das die Wicklung tragende Bau- element ist dabei mit Befestigungselementen, wie etwa Rasthaken, einfach und relativ stabil auf dem Schaltungsträger befestigbar. Zum Schutz vor mechanischen Belastungen der Kontaktstellen zwischen der Wicklung und dem Schaltungsträger sind beispielsweise nach der DE 197 34 491 A1 noch elastische Kontaktarme an dem Bauelement vorgesehen, welche die Enden des Spulendrah- tes aufnehmen.

Nachteilig an dieser Art der Befestigung ist allerdings, dass insbesondere schwere Bauteile auf diese Art und Weise nur sehr unzuverlässig gegen ein Lösen von der Leiterplatte bei hohen Bean- spruchungen, wie bei einem Herunterfallen der Leiterplatte, Stossbeanspruchungen, etc. geschützt sind, da sich die Rasthaken in diesen Fällen leicht aus den zugeordneten Öffnungen in dem Schal- tungsträger lösen und damit auch die wie in der DE 197 34 491 A1 gezeigten Kontaktstellen gelöst werden. Auch eine Befestigung über Anschlussstifte oder ähnliches wird dabei in der Regel bei solchen Beanspruchungen gelöst, sodass die entsprechende elektronische Baugruppe nicht mehr funktionstüchtig ist.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein eingangs erwähntes Bauelement derart auszu- gestalten, dass die Stabilität der Befestigung wesentlich erhöht wird, wobei eine einfache und kostengünstige Herstellung gewährleistet sein soll. Ebenso soll weiters noch gewährleistet sein, dass das erfindungsgemässe Bauelement problemlos in einer automatisierten Leiterplattenbestü- ckung zum Einsatz kommen kann.

Diese Aufgabe wird mit einem eingangs erwähnten Bauelement dadurch gelöst, dass erfin- dungsgemäss für die Wicklungsenden Halterungen vorgesehen sind, in welchen der Draht des Wicklungsendes bis unmittelbar an den Schaltungsträger geführt und dort direkt mit der Leiterplatte verlötbar ist.

Durch diese spezielle erfindungsgemässe Ausgestaltung des Bauelementes werden hinsichtlich der Art der Befestigung eine Reihe von Aspekten möglich, welche gemeinsam die oben erwähnten Aufgaben lösen. Durch das direkte Verlöten der Wicklungsenden unter Verzicht auf Anschlusspins oder ähnliches kann einerseits eine hohe Stabilität der elektrischen Kontaktstelle insbesondere bei stabilen, dicken Wicklungsdrähten an sich schon erreicht werden. Durch die Halterungen der Wicklungen, d. h. der Endbereiche der Wicklungen, können diese bereits vor der Montage so positioniert werden, dass die Position exakt mit der notwendigen Anschlussposition auf dem Schal- tungsträger übereinstimmt.

Damit wird auch die automatisierte Grossserienmontage möglich, da ein nachträgliches Justieren der Position der Wicklungsenden nach einem Einstecken des Bauelemen- tes mit den Befestigungselementen in dem Schaltungsträger vor dem Lötvorgang nicht mehr notwendig ist. Ausserdem weisen die Halterungen noch den Vorteil auf, dass auf die Wicklungsen- den wirkende Kräfte im Falle einer Beanspruchung der Leiterplatte bzw. der gesamten Baugruppe zumindest teilweise auch von den Halterungen aufgenommen werden, somit also die auf die Kontaktstelle wirkenden Kräfte zumindest reduziert werden.

Damit können die Nachteile beispielsweise bei Spulen, die bei einer Verbindung des Spulen- drahtes mit den angesprochenen Anschlusspins oder bei einer Verbindung gemäss der

DE 197 34 491 A1 auftreten können, einfach beseitigt werden. Somit ist auch bei hohen Tempera- turen sowie bei starken Beanspruchungen, etwa im Einsatz an einem sehr unruhigen, von Vibrati- onen beeinträchtigten Ort, oder während des Transportes, etwa mit einem LKW, die Gefahr eines Lösens der Anschlussdrähte von dem Schaltungsträger weitestgehend gebannt.

Besonders kommen diese Vorteile zum Tragen, wenn Halterungen seitlich an dem Bauelement vorgesehen sind, in welchen die Wicklungsenden im wesentlichen parallel zu den Befestigungs- elementen senkrecht nach unten verlaufend geführt sind.

Mit den Befestigungselementen kann der Wicklungsträger zuverlässig an dem Schaltungsträ- ger befestigt werden, ohne dass ein zusätzliches Verschrauben mit all den genannten Nachteilen notwendig ist.

Zweckmässig ist es, wenn die Befestigungselemente federnd ausgebildet sind. Dadurch ist bei- spielsweise ein nachträgliches Lösen des Bauelementes von dem Schaltungsträger ohne eine Beschädigung der Befestigungselemente möglich, und auch bei Belastungen sind diese gegen eine Beschädigung besser geschützt.

Bei einer erprobten Ausführungsform der Erfindung sind für die Befestigungselemente Bohrun- gen in dem Schaltungsträger vorgesehen, in welchen diese befestigbar sind.

Beispielsweise sind dabei die Befestigungselemente als Rasthaken ausgebildet, die in die ent- sprechenden Bohrungen in dem Schaltungsträger eingesteckt und mit diesem verrastet werden.

Mit solchen Rasthaken ist ein stabiler, sicherer Sitz des Bauelementes auf der Leiterplatte gege- ben, und bei Bedarf kann das Bauelement auch nochmals - insbesondere bei federnd ausgebilde- ten Rasthaken - von dem Schaltungsträger gelöst werden.

Insbesondere ist ein stabiler Sitz des Bauelementes dann gewährleistet, wenn die Befesti- gungselemente vom Wicklungsträger abstehende, federnde Zungen sind, die eine Rastfläche aufweisen, welche bei verrastetem Zustand mit der vom Wicklungsträger abgewandten Seite des Schaltungsträgers zusammenwirken.

Ausserdem ist es auch noch günstig, wenn die federnden Zungen schräge Auflaufflächen auf- weisen, welche an die Rastfläche anschliessen. Bei einem Einschieben der Befestigungselemente des Bauelementes in die entsprechenden, zugeordneten Bohrungen in dem Schaltungsträger können die Befestigungselemente dabei leicht in diese Bohrungen entlang der Auflaufflächen hineingleiten, wobei die federnden Befestigungselemente gleichzeitig zurückgedrückt werden, und die Zungen sich an dem Schaltungsträger einhaken können.

Ein besonders stabiler Halt ist dann gewährleistet, wenn an der Unterseite des Wicklungsträ- gers zumindest vier Befestigungselemente vorgesehen sind.

Dabei ist es günstig, wenn die vier Befestigungselemente an den Eckpunkten eines gedachten Quadrates oder Rechteckes angeordnet sind.

Um die Stabilität der Befestigung des Bauelementes noch zu erhöhen und auch im Falle der Beschädigung von einem oder mehreren Befestigungselementen noch einen sicheren Sitz des
Bauelementes zu garantieren, ist es vorteilhaft, wenn der Wicklungsträger an der Unterseite zumindest einen Stützfortsatz aufweist. Dieser kann sich dann etwa an dem Schaltungsträger abstützen oder in einer entsprechenden Ausnehmung in dem Schaltungsträger eingesteckt sein.

Im Sinne einer einfachen Fertigung sowie einer hohen Stabilität des Wicklungsträgers ist es, wenn die Befestigungselemente und/oder Stützfortsätze einstückig mit dem Wicklungsträger aus- gebildet sind.

Eine konkrete Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Wicklungs- träger und/oder die Befestigungselemente und/oder die Stützfortsätze aus glasfaserverstärktem Polyamid gebildet sind.

Beispielsweise ist dabei der Wicklungsträger im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Spule samt Spulenkern,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Spule ohne Spulenkern, und
Fig. 3-5 weitere Drauf- bzw. Seitenansichten einer Spule nach der Fig.

Claims

1. Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Bauelement, nämlich eine Spule 1, die aus einem Wicklungsträger in Form eines Spulenkörpers 10 für eine oder mehrere, in den Zeichnungen nicht <Desc/Clms Page number 3> dargestellte Wicklungen besteht. Der Spulenkörper 10 ist gemäss der Erfindung mit Befestigungs- elementen 2,3, 4,5 an einem Schaltungsträger 100, etwa einer Leiterplatte, befestigbar. Dazu sind bei der gezeigten Ausführung die Befestigungselemente als Rasthaken 2,3, 4,5 ausgebildet. Mit diesen Rasthaken 2,3, 4,5 kann der Spulenkörper in entsprechend ausgebildete Bohrungen 2', 3', 4', 5' in der Leiterplatte 100 eingesetzt und dort verrastet werden. Auf diese Weise wird der Spu- lenkörper 10 stabil in der Leiterplatte 100 gehalten. Ein zusätzliches Verschrauben des Spulenkör- pers 10 mit dem Schaltungsträger 100 ist nicht notwendig. Die Befestigungselemente 2,3, 4,5 sind vorzugsweise federnd ausgebildet. Dadurch ist es ei- nerseits möglich, falls notwendig den Spulenkörper 10 nochmals von dem Schaltungsträger 100 zu lösen, ohne dass dabei eine Beschädigung an den Befestigungselementen entsteht. Andererseits ist dann auch eine gewisse Nachgiebigkeit der Befestigungselemente gegeben, sodass die Gefahr eines Brechens der Befestigungselemente bei Krafteinwirkungen beispielsweise auf den Schal- tungsträger 100 in Folge starker Vibrationen oder bei einem Transport gering ist. Insbesondere ist ein stabiler Sitz des Bauelementes gewährleistet, wenn die Befestigungsele- mente 2,3, 4,5 vom Wicklungsträger 10 abstehende, federnde Zungen sind, die eine Rastfläche 3" aufweisen, welche bei verrastetem Zustand mit der vom Wicklungsträger abgewandten Seite des Schaltungsträgers 100 zusammenwirken. Die federnden Zungen weisen dabei in der gezeig- ten Ausführungsform schräge Auflaufflächen 2"', 3'" auf, welche an die Rastfläche 3" anschliessen. Bei einem Einschieben der Befestigungselemente 2,3, 4,5 des Bauelementes 1 in entsprechende, zugeordnete Bohrungen 2', 3', 4', 5' in dem Schaltungsträger 100 können die Befestigungselemen- te dabei leicht in diese Öffnungen entlang der Auflaufflächen hineingleiten, wobei gleichzeitig die federnden Befestigungselemente zurückgedrückt werden, und die Zungen an dem Schaltungsträ- ger mit der Rastfläche 3" einrasten können. Ein besonders guter Halt des Spulenkörpers 10 an dem Schaltungsträger 100 ist wie bei der gezeigten Ausführungsform mit vier Befestigungselementen 2,3, 4,5 gegeben. Allerdings kann auch mit drei oder auch nur mit zwei Befestigungselementen bei geeigneter Anordnung ein stabiler Halt gewährleistet sein. Unter Umständen kann es dann aber notwendig sein, den Spulenkörper 10 mit einem zusätzlichen Gegenlager abzustützen. Bei grösseren Spulenkörpern als dem gezeigten können natürlich auch mehr als vier Befesti- gungselemente zweckmässig sein, beispielsweise fünf, sechs, sieben, acht, aber auch noch mehr. In der gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der Spulenkörper 10 im wesentlichen rohr- förmig bzw. ein an seinen Deckflächen offen ausgebildeter Zylinder. Auf der Zylindermantelfläche können eine oder mehrere nicht dargestellte Spulenwicklungen angebracht werden, die dann über geeignete Führungen bzw. Halterungen 20 zu dem Schaltungsträger 100 geführt sind. Diese Halterungen 20 sind dabei möglichst genau an den Drahtdurchmesser angepasst und entweder halboffen oder den Draht völlig umfassend ausgebildet, sodass dieser stabil in den Halterungen 20 gehalten ist. Besonders stabil ist das Bauelement dann gehalten, wenn die für die Wicklungsenden vorgesehenen Halterungen 20 so angeordnet sind, dass der Draht des Wicklungsendes im wesent- lichen parallel zu den Befestigungselementen senkrecht nach unten verlaufend geführt ist. Die in den Figuren 1 - 5 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemässen Spulenkörpers weist weiters an der Unterseite noch zwei Stützfortsätze 6,7 auf. In dem dargestellten Beispiel sind diese jeweils auf der kürzeren Seite in der Mitte zwischen den Befestigungselementen 2,3 bzw. 4, 5 angeordnet. Beispielsweise sind nach der Zeichnung Ausnehmungen 6', 7' in dem Schaltungs- träger 100 vorgesehen, in welche die Fortsätze 6,7 bei der Befestigung des Spulenkörpers 10 gesteckt werden, um den Spulenkörper in Bezug auf den Schaltungsträger 100 noch besser zu stabilisieren. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Fortsätze 6,7 sich lediglich auf der Leiterplatte 100 zusätzlich abstützen. Von besonderem Vorteil sind die Stützfortsätze 6,7 dann, wenn einer oder mehrere der Befes- tigungselemente 2,3, 4,5 brechen, da etwa bei nur mehr zwei funktionstüchtigen Befestigungs- elementen durch die Fortsätze der Spulenkörper 10 trotzdem immer noch sicher an dem Schal- tungsträger abgestützt sein kann. Grundsätzlich ist nach der Erfindung das Vorhandensein von zusätzlichen Stützfortsätzen nicht unbedingt notwendig. Bei der gezeigten Ausführungsform sind zwei Fortsätze verwendet. Es kann aber auch nur ein Fortsatz oder eine grössere Anzahl davon (drei, vier, fünf, sechs, oder mehr) verwendet werden, je nach Einsatzgebiet, Grösse und Gewicht des Spulenkörpers. <Desc/Clms Page number 4> Wie bereits weiter oben beschrieben, sind bei einer vorteilhaften Ausführungsform die Drah- tenden einer Wicklung in den Halterungen 20 gehalten und in einem vorderen bzw. hinteren Be- reich der liegend angeordneten Spule nach unten zu dem Schaltungsträger geführt. Der Zeichnung ist zu entnehmen, dass bei der gezeigten Ausführungsform Halterungen für die Drahtenden von drei Wicklungen vorgesehen sind. Die Enden der Drahtwicklungen können nun unmittelbar mit dem Schaltungsträger verlötet werden/was gegenüber herkömmlichen Spulen, bei denen die Wick- lungsenden in Anschlusspins gehalten sind, welche dann mit dem Schaltungsträger verbunden - beispielsweise verlötet - werden, den Vorteil zusätzlicher Stabilität bietet, da die Spule zusätzlich durch die unmittelbar mit dem Schaltungsträger verlöteten Wicklungsenden zusätzlich stabilisiert wird. Besonders vorteilhaft ist diese Stabilisierungsmassnahme natürlich insbesondere bei dickeren Drahtwicklungen. Die gezeigte Spule ist bei der gezeigten Ausgestaltung in einer liegenden Position an dem Schaltungsträger 100 befestigt. Der beispielsweise ferromagnetische Kern 50 verläuft dabei im wesentlichen seitlich des Spulenkörpers 10, wozu an dem Wicklungsträger 10 waagrecht verlau- fende obere und untere Vorsprünge 90,91, 92,93 angebracht sind, von welchen der Kern 50 gehalten ist. Grundsätzlich ist es möglich, den Wicklungsträger 10, die Befestigungselemente 2,3, 4,5, so- wie auch die Vorsprünge 90,91, 92,93 aus verschiedenen Bauteilen herzustellen und anschlie- &num;end miteinander zu verbinden. Vorteilhaft ist es allerdings, wenn die Befestigungselemente und auch die Vorsprünge einstückig mit dem Wicklungsträger ausgebildet sind, da dies neben einer höheren Stabilität insbesondere eine leichtere Fertigung erlaubt. Eine konkrete Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass der Wick- lungsträger und/oder die Befestigungselemente und/oder die Stützfortsätze aus glasfaserverstärk- tem Polyamid gebildet sind. Natürlich ist auch eine stehende Montage eines erfindungsgemässen Bauelementes, etwa einer Spule möglich. Die jeweils verwendete Form (stehend, liegend, etc. ) hängt dabei hauptsächlich von dem elektronischen Gerät, in dem die entsprechende bestückte Leiterplatte untergebracht werden soll und dem in diesem Gerät zur Verfügung stehenden Platz zusammen. Ausserdem ist die Erfindung nicht nur auf Spulen beschränkt, sondern kann mit entsprechen- den, für einen Fachmann einfach auszuführenden Modifikationen auch für andere Bauelemente mit zumindest einem Wicklungsträger - mit oder ohne Kerne-, wie Wechselstromwiderstände oder magnetische Speicher, beispielsweise in Form von Drosseln, elektrische Bauteile zum Transfor- mieren von Wechselstrom und Wechselspannung, wie Transformatoren, oder Übertrager von Wechselstrom und Wechselspannung verwendet werden. PATENTANSPRÜCHE : 1. Bauelement zur Montage auf einem Schaltungsträger, wie z. B. einer Leiterplatte, mit ei- nem Wicklungsträger (10) zur Aufnahme von zumindest einer Wicklung, wobei der Wick- lungsträger (10) an seiner Unterseite Befestigungselemente (2,3, 4,5) aufweist, mittels welcher er an dem Schaltungsträger (100) befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wicklungsenden Halterungen (20) vorgesehen sind, in welchen der Draht des Wicklungsendes bis unmittelbar an den Schaltungsträger geführt und dort direkt mit der Leiterplatte verlötbar ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (20) seit- lich an dem Bauelement vorgesehen sind, in welchen die Wicklungsenden im wesentlichen parallel zu den Befestigungselementen (2,3, 4,5) senkrecht nach unten verlaufend geführt sind.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungs- elemente (2,3, 4,5) federnd ausgebildet sind.

4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Befestigungselemente (2,3, 4,5) Bohrungen (2', 3', 4', 5') in dem Schaltungsträger (100) vorgesehen sind, in welchen diese befestigbar sind.

5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die <Desc/Clms Page number 5> Befestigungselemente (2,3, 4,5) als Rasthaken ausgebildet sind.

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Be- festigungselemente (2,3, 4,5) vom Wicklungsträger (10) abstehende, federnde Zungen sind, die eine Rastfläche (3") aufweisen, welche bei verrastetem Zustand mit der vom Wicklungsträger (10) abgewandten Seite des Schaltungsträgers (100) zusammenwirken.

7. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Zungen (2, 3,4, 5) schräge Auflaufflächen (2"', 3''') aufweisen, welche an die Rastfläche (3") anschlie- &num;en.

8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch zumindest vier Befestigungselemente (2,3, 4,5).

9. Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Befestigungsele- mente (2,3, 4,5) an den Eckpunkten eines gedachten Quadrates oder Rechteckes ange- ordnet sind.

10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsträger (10) an der Unterseite zumindest einen Stützfortsatz (6,7) aufweist.

11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Befes- tigungselemente (2,3, 4,5) und/oder Stützfortsätze (6,7) einstückig mit dem Wicklungs- träger (10) ausgebildet sind.

12. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsträger (10) und/oder die Befestigungselemente (2,3, 4,5) und/oder die Stütz- fortsätze (6,7) aus glasfaserverstärktem Polyamid gebildet sind.

13. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wicklungsträger (10) im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist.