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Die
Erfindung betrifft eine Endkappe für ein induktives Bauelement,
wie einen mit Draht umwickelten Kern.
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Es
ist bekannt, einen als Antennenstab dienenden Kern aus ferromagnetischem
Material in ein Gehäuse
einzusetzen und den Draht dann um das Gehäuse zu wickeln. Nachteilig
bei dieser Lösung
ist, dass durch das zwischenliegende Gehäuse Draht und Kern voneinander
beabstandet sind, was aufgrund von Streuverlusten zu einem verringerten
Wirkungsgrad führt.
Zudem müssen
für unterschiedliche Kernformen
unterschiedliche Gehäuseformen
verwendet werden.
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Außerdem ist
es bekannt, den Draht mit einem Klebeband oder Ähnlichem zu fixieren und anschließend den
mit Draht umwickelten Kern in einem Gehäuse zu befestigen. Nachteil
ist hier, dass das Klebeband nur mit einem hohen Aufwand automatisiert
aufgebracht werden kann, was insbesondere bei einer Massenfertigung
mit hohen Stückkosten
zu Buche schlägt.
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Die
DE 1 98 128 36 A1 zeigt
ein induktives Miniatur-Bauelement für die SMD-Montage, mit einem
einteiligen, massiven Kern aus elektrisch schlecht leitendem Material,
insbesondere Ferritmaterial und mit mindestens einer um den Kern
herum angeordneten Spulenwicklung. Der Kern besitzt an mindestens
einem seiner Enden einen wicklungsfreien Abschnitt, der als Rechteckflansch
ausgebildet sein kann und an dem ein aus dem gleichen Material bestehender
Anschlusszapfen einstückig
angeformt ist. Um den Anschlusszapfen ist ein Drahtende der Wicklung
mehrfach angewickelt. Im Bereich des Anschlusszapfes sind die Anwickelwindungen
auf der Unterseite mit einer Verzinnungsschicht versehen.
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Da
das direkte Aufbringen von Wicklungen auf Ferritmaterial als herstellungstechnisch
schwierig angesehen wird, ist in der
WO 2005/062316 A2 für ein induktives
Miniatur- Bauelement
mit drei senkrecht aufeinander stehenden Spulenwicklungen ein flacher
Wickelkörper
aus Kunststoffmaterial vorgesehen. In den Wickelkörper ist
ein flacher Ferritkern eingesetzt.
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Die
WO 2005/045992 A2 befasst
sich ebenfalls mit einem induktiven Miniatur-Bauelement, welches drei senkrecht aufeinander
stehende Spulenwicklungen aufweist. Die Spulenwicklungen sind auf einem
flachen Wickelkörper
aufgebracht, der mindestens teilweise aus Ferritmaterial besteht
und an seiner Unterseite und Oberseite Führungselemente zur Umlenkeinrichtung
der dritten Spulenwicklung vorsieht. Ferner ist eine Spulenplatte
mit Ecken oder Vorsprüngen
vorgesehen, um welche die Wicklungsenden der dritten Spulenwicklung
gewickelt sind.
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Die
Vorrichtungen
WO 2005/045992 und
der
WO 2005/062316 sind
speziell die Geometrie von Antennen mit drei senkrecht aufeinander
stehenden Spulenwicklungen angepasst und von flacher Bauform. Für beispielsweise
stabförmige
Kerne sind die in diesen beiden Druckschriften dargestellten Lösungen nicht
geeignet, was ihren Einsatzbereich stark einschränkt.
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Der
Erfindung liegt in Anbetracht des Standes der Technik die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung für
drahtumwickelte Kerne zu schaffen, welche unabhängig von der Länge des
Kerns verwendbar und einfach zu montieren ist und aufgrund reduzierter Streuverluste
einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
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Diese
Aufgabe wird für
die eingangs genannte Endkappe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine
Aufnahme, in die der Kern in seiner Längsrichtung herausragend aufnehmbar
ist, und eine Umlenkeinrichtung, mit der ein Ende des Drahtes in
Längsrichtung
umlenkbar ist, sowie wenigstens eine sich in Längsrichtung des Kerns erstreckende
Backe, an der die Umlenkeinrichtung angeordnet ist, vorgesehen sind.
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Diese
konstruktiv einfache Lösung
hat den Vorteil, dass der Draht lediglich im Bereich der Backe,
wo er durch die Umlenkeinrichtung gegen ein Verschieben gesichert
ist, vom Kern beabstandet ist. Sobald die Wicklung des Drahtes die
Backe verlässt, kann
der Draht direkt auf dem Kern anliegen, so dass der Wirkungsgrad
nur wenig beeinträchtigt
ist.
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Die
Endkappe ist insbesondere für
einen Antennenstab geeignet, bei dem die Umlenkeinrichtung lediglich
den Endbereich der Drahtwicklungen sichert und den Draht zwecks
Wicklungsumkehr oder Rückführung zu
einem Anschlusskontakt umlenkt. Die Endkappe ist für beide
Wickelrichtungen geeignet.
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Die
erfindungsgemäße Lösung kann
durch verschiedene, jeweils voneinander unabhängige und für sich vorteilhafte Ausgestaltungen
weiter verbessert werden. Die für
den jeweiligen Vorteil verantwortlichen, unterschiedlichen Merkmale
dieser Ausgestaltungen können
dabei beliebig miteinander kombiniert werden.
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So
kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Wandstärke der
Backe in Umfangs- und/oder Wicklungsrichtung
zu ihrem Rand hin wenigstens abschnittsweise abnehmen. Die Umfangsrichtung
verläuft
dabei in einer zur Längsrichtung
des Kernes senkrechten Richtung. Die Wicklungsrichtung weist eine
Komponente in Umfangsrichtung auf, verläuft aber ansonsten zu einer
zur Umfangsrichtung parallelen Ebene geneigt. Durch die abnehmende
Wandstärke
kann eine Stufe oder eine Unstetigkeit am Übergang zwischen der Backe
und dem Kern weitgehend vermieden werden. Eine solche Stufe oder
Unstetigkeit würde
zu einem Abstand des Drahtes vom Kern und zu Streuverlusten sowie
einer erhöhten
mechanischen Belastung des Drahtes führen. Durch die abnehmende
Wandstärke
kann der Draht weitgehend glatt auf den Kern geleitet werden.
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Ferner
kann in einer weiteren Ausgestaltung die Außenkontur der Backe in Umfangs- und/oder Wicklungsrichtung
wenigstens in etwa tangential zur Außenkontur des Kerns am Rand
der Backe verlaufen. Auch diese Maßnahme führt zu einem glatteren Übergang
des Drahtes von der Backe auf den Kern. Diese Lösung ist insbesondere dann
einfach zu realisieren, wenn die Außenkontur des Kerns wenigstens
im Bereich eines Randes der Backe eine Längskante aufweist, in der sich
der Konturverlauf plötzlich ändert.
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Insbesondere
kann die Innenkontur bzw. der Querschnitt der Aufnahme der Außenkontur
bzw. dem Querschnitt des Kerns entsprechen und eine der Längskante
des Kerns entsprechende Längskante ausbilden.
Der in Umfangs- und/oder Wicklungsrichtung gelegene Rand der Backe
kann hierbei in Längsrichtung
mit der Längskante
wenigstens nahezu fluchten. Wird der Draht bei dieser Ausgestaltung an
der mit der Längskante
fluchtenden Stelle des Backenrandes auf den Kern übergeleitet,
so lässt
sich ein glatter Übergang
zwischen Backe und Kern erzeugen.
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An
dem in Längsrichtung
des Kerns weisenden Ende kann die Backe gegenüber der auf die Längsrichtung
senkrechten Ebene wenigstens im Eckenbereich angeschrägt sein,
wobei die Schräge vorzugsweise
in Wicklungsrichtung verläuft.
Dadurch können
die um den aus der Ausnahme herausragenden Teil des Kerns gelegten
Drahtwicklungen nahe an die Backe geführt werden.
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Ferner
kann die Innenkontur der Backe zunächst die Innenkontur der Aufnahme
fortsetzen und sich anschließend
in Längsrichtung
weiten, so dass eine Wicklungsaufnahme gebildet ist. Die Wicklungsaufnahme
ist vorzugsweise so bemessen, dass eine um den Kern gelegte Drahtwicklung
darin aufgenommen werden kann. Bei dieser Ausgestaltung können die
Drahtwicklung bis unterhalb der Backe geführt werden, was zu kürzeren Baulängen führt. Zu
diesem Zweck kann die Wicklungsaufnahme gemäß einer weiteren Verbesserung
in Längsrichtung
in etwa auf gleicher Höhe
wie die Umlenkeinrichtung liegen. Mit dieser Ausgestaltung ist es
möglich,
die Toleranz des Kerns auszugleichen.
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Die
Umlenkeinrichtung kann wenigstens einen sich radial nach außen erstreckenden
Vorsprung aufweisen. Wird eine Wicklung des Drahtes vom Kern aus
gesehen hinter den Vorsprung gelegt, so kann der Draht auf einfache
Weise fixiert werden. Der Vorsprung kann insbesondere als sich in
Umfangs- oder Wicklungsrichtung erstreckende Rippe oder als ein
Flanschansatz ausgebildet sein.
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Um
bei einer Umlenkung die Fixierung des Drahtes zu verbessern, kann
der Vorsprung an wenigstens einem in Umfangsrichtung weisenden Ende eine
in Längsrichtung
offene Einkerbung aufweisen. Die lichte Weite der Einkerbung entspricht
hierzu vorzugsweise wenigstens etwa dem Durchmesser des Drahtes.
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Die
Endkappe kann ferner mehrere, beispielsweise wenigstens zwei, Backen
aufweisen, die sich bezüglich
des Kerns vorzugsweise gegenüberliegen.
Dies führt
zu einer verbesserten Abstützung des
Kerns. Zwischen den Backen ist bei dieser Ausgestaltung eine Aussparung
gebildet, an der der Kern von dem Draht kontaktiert werden kann.
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Die
Endkappe kann insbesondere symmetrisch aufgebaut sein, was den Modellbau
erleichtert, wenn die Endkappe aus einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial
besteht.
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Jeder
Backe kann ferner wenigstens eine Umlenkeinrichtung zugeordnet sein,
so dass auch Kerne mit mehreren Wicklungen die Endkappe nutzen können. Zudem
besteht bei dieser Ausgestaltung die Möglichkeit, die Umlenkeinrichtung
für eine
Umlenkung des Drahtes auszuwählen,
deren Lage der Einbausituation am besten gerecht wird, ohne dass die
Endkappe auf dem Kern umpositioniert werden muss.
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Die
Endkappe kann zur besonders einfachen Befestigung am Kern ein Rastmittel,
beispielsweise wenigstens eine Rastzunge, aufweisen, das mit einem
kernseitigen Gegenrastmittel verrastbar ausgestaltet ist oder lediglich
dazu dient, die Endkappe mittels Reibung auf dem Kern zu halten.
Alternativ kann der Kern auch eingeklebt oder auf andere Art form-, reib-
oder stoffschlüssig
mit der Endkappe verbunden sein.
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Die
Endkappe in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen kann insbesondere
für ein
miniaturisiertes induktives Bauelement, wie einem Antennenmodul,
insbesondere für
die Leiterplattenmontage, verwendet werden. Das Bauelement kann
einen als Antennenstab dienenden Kern aus ferritischem Material
aufweisen, der von einem Draht umwickelt ist und in der Aufnahme
der Endkappe aufgenommen ist. Der Antennenstab kann insbesondere
ein länglicher
Prismen- oder Zylinderkörper
mit vorzugsweise wenigstens einer Längskante, insbesondere aber zwei
sich in Längsrichtung
erstreckenden, von Längskanten
begrenzten Abflachungen, ausgestaltet sein.
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Der
Draht ist entlang des Kerns zur Endkappe hin um den Kern gewickelt
und ist mit wenigstens einer Wicklung vom Kern aus betrachtet hinter
der Umlenkeinrichtung um eine Backe gelegt. An einer Umlenkeinrichtung
ist der Draht umgelenkt und anschließend zurückgeführt. Die Rückführung findet vorzugsweise an
der Stelle des Umfangs des Kernes statt, an der die Anwicklung an
dem der Endkappe gegenüberliegenden
Ende des Kerns begonnen hat. Durch die Menge des Wicklungsabschnittes,
der um die Backe bzw. Backen der Endkappe und den sich in Umfangs-
bzw. Wicklungsrichtung anschließenden,
nicht abgedeckten Teil des Kerns liegt, ist, lässt sich die Induktivität genau
einstellen. Dies wird nochmals vereinfacht werden, wenn zwei oder
mehr Führungen
vorgesehen sind, um die bei Bedarf und je nach benötigter Feineinstellung
der Induktivität
der Draht umgelenkt werden kann.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die Zeichnungen exemplarisch genauer erläutert. Einzelne in dem Ausführungsbeispiel
enthaltene Merkmale können
entsprechend den obigen Vorteilsangaben weggelassen werden, wenn
für einen
bestimmten Anwendungsfall der mit dem Merkmal verbundene Vorteil
nicht benötigt
wird.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Endkappe;
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2 eine
schematische Perspektivansicht der Endkappe der 1,
eingebaut in einen Antennenmodul.
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Zunächst wird
der Aufbau einer erfindungsgemäßen Endkappe 1 anhand
der 1 beschrieben. Die Endkappe 1 ist im
Wesentlichen topfförmig und
weist eine von einem Deckelabschnitt 2 in Längsrichtung
L einseitig abgeschlossene Aufnahme 3 für einen in 1 nicht
gezeigten Kern, wie einen Antennenstab, auf. Die Aufnahme ist zum
Deckelabschnitt 2 hin von einem die Aufnahme 3 im
Wesentlichen vollständig
umgebenden Halteabschnitt 4 begrenzt. Die Außenkontur 4a des
Halteabschnittes 4 kann eine von der Innenkontur 4a der
Aufnahme 3 unabhängige
Form aufweisen.
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An
der vom Deckelabschnitt 2 abgewandten Seite der Aufnahme
erstreckt sich wenigstens eine Backe 5 in Längsrichtung
L, deren Innenfläche 6 die Innenkontur 4b der
Aufnahme 3 in Längsrichtung fortsetzt.
Die Backe 5 erstreckt sich in Umfangsrichtung U um nur
einen Teil des Außenumfangs,
so dass sich an ihren beiden in Umfangsrichtung U gelegenen Rändern 7 wenigstens
eine Aussparung 8 anschließt. Die Aussparung 8 öffnet sich
in Längsrichtung
L zu der von dem Deckelabschnitt 2 abgewandten Seite und
endet am Halteabschnitt 4 der Aufnahme 3.
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Sind,
wie in 1 beispielhaft gezeigt, in Umfangsrichtung mehrere
Backen 5, beispielsweise zwei Backen, vorzugsweise gleich
beabstandet angeordnet, so entspricht die Zahl der Aussparungen 8 der
Zahl der Backen 5, wobei jede Aussparung 8 in Umfangsrichtung
U von den Rändern 7 zweier
aufeinander folgender Backen 5 begrenzt ist.
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An
der Backe 5 ist eine Umlenkeinrichtung 9 angeordnet,
welche beispielsweise in Form eines sich in Umfangsrichtung erstreckenden,
in radialer Richtung nach außen
vorstehenden Vorsprunges 10, beispielsweise in Form einer
Rippe oder eines Flanschansatzes ausgebildet sein kann. Anstelle
des Vorsprungs 10 oder zusätzlich zum Vorsprung 10 kann eine
in Umfangsrichtung U verlaufende Nut oder Einkerbung an der Backe 5 vorgesehen
sein. Der Vorsprung 10 kann sich in Umfangsrichtung U über die ganze
Backe 5 erstrecken oder aber auch lediglich zapfenförmig ausgestaltet
sein (nicht gezeigt).
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Er
befindet sich bevorzugt an dem in Längsrichtung L gelegenen Ende
der Backe 5 und kann insbesondere mit diesem bündig abschließen.
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An
wenigstens einem, wie in 1 gezeigt, vorzugsweise an beiden,
in Umfangsrichtung U gelegenen Enden des Vorsprunges 10 ist
eine in Längsrichtung
L offene Einkerbung 11 vorgesehen.
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Die
Aufnahme 3 kann mit einem Rastmittel 12 versehen
sein, beispielsweise ein Paar von sich radial gegenüberliegenden,
radial elastischen Rastzungen 13.
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Die
Innenkontur 4b der Aufnahme 3 entspricht vorzugsweise
der Außenkontur
des einzusetzenden Kernes und weist wenigstens eine sich in Längsrichtung
L erstreckende Längskante 14 auf,
an der sich der Verlauf der Innenkontur plötzlich knickartig ändert. Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind vier solche Längskanten 14 vorgesehen, die
jeweils einen abgeflachten, im wesentlich ebenen Bereich 15 von
einem Kreissegment 16 trennen.
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Der
Rand 7 einer Backe 5 befindet sich im Bereich
einer solchen Längskante 14,
so dass sein äußerstes
Ende wenigstens näherungsweise
mit der Längskante 14 fluchtet.
Die Wandstärke
der Backe 5 nimmt in Umfangsrichtung U zum Rand 7 hin
ab, wobei sich vorzugsweise ein spitzer Winkel zwischen der Innenfläche 6 und
der Außenfläche 17 der
Backe 5 ergibt. Dadurch setzt die Außenfläche 17 im Bereich
des Randes 7 wenigstens in etwa tangential und vorzugsweise
ohne Stufe die Innenkontur 4b des Halteabschnittes 4 in
dem mit der Aussparung 8 in Längsrichtung L überlappenden
Bereich fort.
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Die
Endkappe 1 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, der insbesondere
spritzgegossen sein kann, gefertigt.
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2 zeigt
die Endkappe 1, wie sie in einem induktiven Bauelement 20,
hier einem Antennenmodul mit einer Stabantenne, verbaut ist. Weitere
Elemente des induktiven Bauelements 20 sind ein beispielsweise
stabförmiger
Kern 21 aus einem ferromagnetischen Material wie Ferrit
und ein Draht 22 aus einem Werkstoff mit guten elektrischen
Leitungseigenschaften.
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Ein
Ende des Kerns 21 ist in die Aufnahme 3 eingesteckt
und mit den Rastmitteln 12 verrastet. Er erstreckt sich
in Längsrichtung
L von der Endkappe 1 an der vom Deckelabschnitt abgewandten
Seite weg.
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Der
Draht 22 ist um den Kern 21 gewickelt, so dass
sich eine Spule 23 bildet. Die Wicklungsrichtung W der
Spule 23 weist eine Komponente in Umfangsrichtung U und
eine Komponente in Längsrichtung
L auf.
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Vom
Kern 21 aus betrachtet, verläuft ein Teil des Drahtes in
Längsrichtung
hinter wenigstens einer Umlenkeinrichtung 9, in 2 hinter
den beiden Führungen 9,
und ist um das in Umfangsrichtung U und Wicklungsrichtung W weisende
Ende eines Vorsprunges 10 in Längsrichtung L umgelenkt. Der
Draht läuft
hierbei beispielsweise mit seiner letzten Wicklung, im Bereich der
Aussparung 8 noch am Kern 21 anliegend, auf die
Backe 5 auf. Zur Umlenkung ist der Draht 22 durch
die Einkerbung 11 geführt,
deren Durchmesser wenigstens dem Durchmesser des Drahtes 22 entspricht.
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Der
Rand 7 der Backe 5 ist so ausgestaltet, dass der
Draht glatt, ohne vom Kern 21 abzuheben oder zu knicken,
auf die Backe 5 aufläuft.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Außenfläche 17 des Randes 7 wenigstens
etwa tangential die Außenkontur des
Kernes 21 fortsetzt und keine Stufe bildet. Erreicht wird
dies, indem der Rand 7 im Bereich der Längskante 14 der Außenkontur
des Kerns 21 endet und die Wandstärke in Umfangsrichtung U zum
Rand hin spitz zuläuft,
während
seine Innenkontur 6 am Kern 21 anliegt.
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Dank
der Aussparungen 8 berührt
der Draht 22 den Kern 21 auch zwischen den Backen 5,
so dass der Draht ohne Verluste im Wirkungsgrad an der Oberfläche des
Kernes 21 möglichst
nah an die Umlenkeinrichtung 9 herangeführt werden kann.
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Wie
ferner in 2 zu erkennen ist, ist das in Längsrichtung
L gelegene Ende der Backe wenigstens abschnittsweise gegenüber der
zur Längsrichtung
L senkrechten Ebene abgeschrägt.
Dies ermöglicht
es, dass die Wicklung des Drahtes 22 möglicht nah an die Backen herangeführt werden
können. Hierzu
sind die Ecken 24 der Backe 5 angeschrägt. Zudem
weitet sich der in Längsrichtung
L gelegene Endabschnitt 25 der Backe 5 radial
auf. Die Aufweitung entspricht in etwa einem Drahtdurchmesser, so dass
eine Wicklung im Endbereich 25 aufgenommen werden kann.
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Die
Endkappe 1 in der obigen Ausgestaltung ermöglicht es,
den Draht 22 über
eine möglichst
lange Wicklungsstrecke direkt auf dem Kern zu wickeln. Nur ein geringer
Teil der Spule 23 befindet sich auf der Endkappe 1.
Die Endkappe 1 kann auch zusätzliche Funktionen erfüllen. Beispielsweise
können
Befestigungsmittel vorgesehen sein, um das Ende des Kerns 21 befestigen
zu können.
Schließlich
kann die Montage der Endkappe 1 nicht, wie in den 1 und 2 gezeigt,
durch Einstecken des Kerns 21 in Längsrichtung L, sondern durch
beispielsweise seitliches Aufschieben der Endkappe 1 im
Wesentlichen quer zur Längsrichtung
L erfolgen. Hierzu kann die Aufnahme 3 in Abwandlung zur
gezeigten Ausführungsform
wenigstens eine sich radial öffnende,
vorzugsweise elastisch weitbare Aussparung aufweisen, die sich am
Kern wenigstens an dezentral gegenüberliegenden Bereichen abstützt. Beispielsweise
kann sich hierzu die Aussparung 8 bis zum Deckelabschnitt 2 der
Aufnahme 3 erstrecken. Bei dieser Ausgestaltung wird der
Halteabschnitt 4 von den Backen 5 gebildet.