DE102010001394A1

DE102010001394A1 - Antennenkern, Antenne sowie Verfahren zur Herstellung eines Antennenkerns und einer Antenne

Info

Publication number: DE102010001394A1
Application number: DE102010001394A
Authority: DE
Inventors: Johannes 63517 Binkofski; Markus 63856 Brunner; Klemens 63820 Trabold; Ralf 36399 Koch
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-04
Also published as: EP2529447A1; CN102742075A; KR20120115341A; US20130088401A1; US9099767B2; WO2011092309A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antennenkern (10), eine Antenne (30) mit einem Antennenkern (10), sowie Verfahren zur Herstellung eines Antennenkerns (10) und einer Antenne (30). Der jeweils verwendete Antennenkern (10) besteht aus einem durchgehenden, weichmagnetischen Band (2), das mehrere aufeinander gestapelte Lagen (22) aufweist, von denen jede durch einen Abschnitt des Bandes (2) gebildet ist. An Endbereichen (11, 12) des Antennenkerns (10) sind die Lagen (22) durch gekrümmte Abschnitte des Bandes (2) miteinander verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft Antennenkerne und Antennen, wie sie bei Erkennungssystemen, z. B. bei schlüssellosen Zugangssysteme (”Keyless Entry Systems”) verwendet werden. Solche Erkennungssysteme können in den verschiedensten technischen Gebieten eingesetzt werden. Lediglich beispielhaft genannt seien Schließanlagen im Automobilbereich, Zugangskontrollsysteme für sicherheitsrelevante Bereiche usw.
Die Antennenkerne bzw. Antennen dienen als Sendeantennen zur Erzeugung eines Magnetfeldes. Die Antennen werden in der Regel in einem resonanten Schwingkreis betrieben, der durch Anpassung einer Serienkapazität und/oder eines Serienwiderstands an die Impedanz der Antennenanordnung bei der gewünschten Sendefrequenz abgestimmt wird. Dabei werden üblicherweise Antennen mit möglichst hoher Güte verwendet, was jedoch einen hohen Aufwand für die Abstimmung des Resonanzkreises erfordert.
Im einfachsten Fall kann eine solche Sendeantenne mit einem Ferritstabkern beliebigen Querschnitts aufgebaut werden. Durch den hohen isotropen Volumenwiderstand dieses Magnetmaterials werden ohne besondere Zusatzmaßnahmen bereits hohe Guten und geringe Ummagnetisierungsverluste erreicht.
Es kann jedoch erforderlich sein, dass der für die Aufnahme der Antenne zur Verfügung stehende Bauraum den Antennenquerschnitt begrenzt und/oder eine gebogene oder biegbare Antenne erfordert. Aufgrund ihrer mangelnden Elastizität und der materialtypisch niedrigen Sättigungsinduktion sind Ferritstäbe deshalb ungeeignet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Antennenkern und eine Antenne bereitzustellen, die mechanisch flexibel sind. Außerdem sollen diese Antennen einen hinreichend hohen Übertragungswirkungsgrad bzw. eine hinreichend hohe Sendefeldstärke bei gleichzeitig einfacher Abstimmung des resonanten Schwingkreises ermöglichen.
Diese Aufgaben werden durch einen Antennenkern gemäß Patentanspruch 1, durch ein Verfahren zur Herstellung eines Antennenkerns gemäß Patentanspruch 13, durch eine Antenne gemäß Patentanspruch 17 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung einer Antenne gemäß Patentanspruch 19 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein Antennenkern gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mehrere Lagen eines durchgehenden magnetischen Bandes und weist eine längliche Gestalt auf. Das magnetische Band weist eine weichmagnetische Legierung auf, die eine amorphe oder eine nanokristalline Struktur besitzt. Der Antennenkern weist zwei voneinander beabstandete Endbereiche auf, in denen gekrümmte Abschnitte des Bandes angeordnet sind. Eine jede der Lagen ist an zumindest einem der beiden Endbereiche durch einen solchen gekrümmten Abschnitt mit einer anderen der Lagen verbunden, wobei der gekrümmte Abschnitt mit den beiden Lagen, die er verbindet, einstückig ausgebildet ist. Wird ein solcher Antennenkern im Inneren einer elektrischen Spule angeordnet, so entsteht eine flexible Antenne. Ein Aspekt der Erfindung besteht dabei darin, dass die einzelnen Bandlagen des Antennenkerns gegeneinander nicht isoliert sind, sondern dass an den Enden des Antennenkerns elektrische leitfähige, Verbindungen zwischen den Lagen bestehen.
Die Herstellung eines Antennenkerns kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein durchgehendes Band aus einer weichmagnetischen Legierung, welches eine amorphen oder eine nanokristalline Struktur aufweist, zu einem Wickelkörper mit mehreren Wicklungen gewickelt wird. Die innerste dieser Wicklungen weist zwei einander gegenüberliegende Abschnitte auf, die nach dem Flachdrücken des Wickelkörpers aneinander zu liegen kommen. Beim Flachdrücken entstehen aus den Wicklungen die Lagen des Antennenkerns. Durch Umwickeln eines solchen Antennenkerns mit einem Draht entsteht eine elektrische Spule, in der der Antennenkern angeordnet ist. Der Antennenkern und die Spule bilden zusammen eine Antenne.
Im Vergleich zu herkömmlichen Stabantennen, wie sie z. B. bei schlüssellosen Zugangssystemen eingesetzt werden, zeigt eine solche Antenne 30 eine geringere Güte und höhere Verluste, die bei herkömmlichen Systemen gerade vermieden werden sollen. Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, dass bei der typischen, gepulsten Betriebsweise schlüsselloser Zugangssysteme die bisher als erforderlich angesehenen niedrigen Verluste und hohen Güten nicht erforderlich sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines aus einem magnetischen Band gewickelten Antennenkerns;
2 einen vergrößerten Ausschnitt der Ansicht gemäß 1, der den rechten Endbereich des Antennenkerns zeigt;
3 einen Wickelkörper aus einem magnetischen Band, aus dem der in 1 gezeigte Antennenkern hergestellt wird;
4 eine Seitenansicht einer basierend auf dem Antennenkern gemäß 1 herstellten Antenne;
5 ein Diagramm, das für verschiedene Legierungszusammensetzungen einer gemäß 4 ausgebildeten Antenne die Stärke des Magnetfeldes angibt, das sich in einem bestimmten Abstand von der Antenne unter vorgegeben Randbedingungen erreichen lässt;
6 ein Diagramm, das für verschiedene Legierungszusammensetzungen eines gemäß 1 ausgebildeten Antennenkerns dessen Sättigungsverhalten zeigt;
7 einen Antennenkern entsprechend 1 während des Flachdrückens, wobei die zum Flachdrücken verwendeten Metallplatten 51 bzw. 52 kürzer sind als die Länge des flach gedrückten Antennenkerns; und
8 eine Seitenansicht einer basierend auf dem Antennenkern gemäß 7 herstellten Antenne.
Die nachfolgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen anhand konkreter Ausgestaltungen erläutert wird, auf welche Weise die Erfindung realisiert werden kann. Dabei verwendete Richtungsangaben wie z. B. ”oben”, ”unten”, ”vorne”, ”hinten”, ”vordere”, ”hintere” etc. wird in Bezug auf die Ausrichtung der erläuterten Figuren verwendet. Da die Elemente in den Ausgestaltungen in einer Vielzahl von verschiedenen Ausrichtungen angeordnet werden können, dient derartige richtungsgebundene Terminologie lediglich zur anschaulichen Erläuterung und ist in keiner Weise als beschränkend zu verstehen. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die vorliegende Erfindung unter Anwendung der erläuterten Prinzipien auch anhand anderer, nicht erläuterter Ausgestaltungen realisieren lässt. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der verschiedenen, nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich etwas anders erwähnt ist, oder sofern nicht die Kombination bestimmter Merkmale aus technischen Gründen ausgeschlossen ist.
1 zeigt einen Antennenkern 10, der eine längliche Gestalt aufweist und der aus einem langen, flachen Band 2 aus einer weichmagnetischen Legierung hergestellt ist, die eine amorphe oder eine nanokristalline Struktur aufweist. Die weichmagnetische Legierung kann beispielsweise mittels eines Rascherstarrungsverfahrens hergestellt werden. Die Dicke des Bandes 2 kann beispielsweise 10 μm bis 30 μm betragen.
Der Antennenkern 10 umfasst mehrere zu einem Schichtstapel 24 gestapelte Lagen 22, die jeweils durch einen Abschnitt des durchgehenden Bandes 2 gebildet sind. Die Verwendung mehrerer Lagen 22 führt zu einer hohen Flexibilität des Antennenkerns 10 in der Richtung, in der die Lagen 22 gestapelt sind. Hierdurch kann der Antennenkern 10 z. B. auch in gekrümmte Aufnahmebereiche eingesetzt werden. In der in 1 gezeigten Position des Antennenkerns 10 ist eine jede der Lagen 22 im wesentlichen eben. Die Höhe h24, die der Schichtstapel 24 aufweist, wird nachfolgend auch als Stapelhöhe h24 bezeichnet. Die Stapelhöhe h24 wird zwischen zwei in Längsrichtung des Antennenkerns 10 voneinander beabstandeten Endbereichen 11 und 12 des Antennenkerns 10 ermittelt, so dass die Stapelhöhe h24 im wesentlichen gleich ist dem Produkt aus der Anzahl der Lagen 22 des Schichtstapels 24 und der Dicke d2 des Bandes 2.
Die Endbereiche 11, 12 sind dadurch gekennzeichnet, dass in ihnen jeweils mehrere gekrümmte Abschnitte 23 des Bandes 2 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Jede der Lagen 22 ist an zumindest einem der Endbereiche 11, 12 durch einen der gekrümmten Abschnitte 23 mit einer anderen Lage 22 verbunden. Dabei ist der gekrümmte Abschnitt 23, der die beiden betreffenden Lagen miteinander verbindet, einstückig mit diesen ausgebildet.
Mit Ausnahme der obersten Lage 22t des Schichtstapels 24 und der untersten Lage 22b des Schichtstapels 24 ist jede der Lagen 22 zwischen zwei anderen Lagen 22 angeordnet und weist zu jeder dieser beiden anderen Lagen 22 einen Abstand d22 auf, der kleiner ist als die Banddicke des zur Herstellung des Stapels verwendeten weichmagnetischen Bandes. Da benachbarte Lagen 22 unmittelbar aufeinander liegen und sich im Allgemeinen berühren, ist der Abstand normalerweise gleich Null. Allerdings können sich zwischen benachbarten Lagen 22 auch gasförmige Einschlüsse befinden, z. B. aus dem Gas der den Antennenkern 10 umgebenden Atmosphäre, oder Einschlüsse aus einem Festkörper, der gezielt zwischen bestimmte Lagen 22 eingebracht wurde, z. B. um eine Befestigung des Antennenkerns zu ermöglichen, so dass benachbarte Lagen 22 lokal voneinander beabstandet sind. Solche Gaseinschlüsse können beispielsweise durch eine unvermeidliche Welligkeit des Bandes 2 hervorgerufen werden. Optional besteht auch die Möglichkeit, jeweils zwei benachbarte Lagen 22 gezielt durch ein Dielektrikum gegeneinander zu isolieren, um Wirbelstromverluste zu vermeiden. Bei einem solchen Dielektrikum kann es sich beispielsweise um eine Folie handeln, oder um eine an der Oberfläche des Bandes 2 erzeugte Oxidschicht.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht vom rechten Ende des in 1 gezeigten Antennenkerns 10 mit dem Endbereich 12. Die Dicke des Bandes 2 ist mit d2 bezeichnet. Die in dem Endbereich 12 angeordneten gekrümmten Abschnitte 23 weisen jeweils an zumindest einer Stelle einen Krümmungsradius r23 auf. Dabei kann der Krümmungsradius r23 zumindest eines der gekrümmten Abschnitte 23 an wenigstens einer Stelle kleiner sein als die zehnfache Banddicke des zur Herstellung verwendten weichmagnetischen Bandes. Außerdem kann der Krümmungsradius r23 eines jeden der gekrümmten Abschnitte 23 an jeweils zumindest einer Stelle kleiner sein als das fünffache des sich aus der Stapelhöhe des Antennenstabes ergebenden Wertes.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Antennenkerns 10 beispielhaft erläutert. Aus einem flachen weichmagnetischen Band 2 wird zunächst ein Wickelkörper 20 mit einer Anzahl N25 Windungen 25 hergestellt, indem das Band 2 auf einen zylindrischen oder zylinderrohrförmigen Abschnitt eines Spulenkörpers (nicht dargestellt) gewickelt wird. Der Innendurchmesser des auf diese Weise erzeugten Wickelkörpers 20 ist mit d20 bezeichnet.
Danach wird der Wickelkörper 20 von dem Spulenkörper abgenommen und zwischen planparallele Seiten 51s, 52s zweier Metallplatten 51 bzw. 52 eingespannt und unter Einwirkung einer auf die Metallplatten 51, 52 einwirkenden Kraft F flach gedrückt, so dass einer langer Stab entsteht, der den in 1 gezeigten Antennenkern 10 bildet. Die späteren Endbereiche 11 und 12 sind ebenfalls in 3 gezeigt. Die Bewegungsrichtung der Endbereiche 11, 12 während des Umformens des Wickelkörper 20 ist dabei durch zwei nicht ausgefüllte Pfeile angedeutet.
Die Anzahl N22 der Lagen 22 des fertigen Antennenkerns 10 ist dabei entweder gleich 2·N25 oder gleich 2·N25 + 1, je nachdem, wo genau der Anfang 221 und das Ende 222 des Bandes 2 zu liegen kommen.
Aus einem derartigen Antennenkern 10 wird eine Antenne 30, wie sie beispielhaft in 4 gezeigt ist, hergestellt, indem der Antennenkern 10 mit einem Draht 4 umwickelt wird. Der Draht 4 bildet dann eine Spule 40, in der der Antennenkern 10 angeordnet ist. Bei dem Draht 4 kann es sich beispielsweise um einen Lackdraht handeln, bei dem der Lack an den Enden 41, 42 der Spule 40 entfernt ist, um eine elektrische Kontaktierung der Spule 40 und damit der Antenne 30 zu ermöglichen.
Da das Band 2 zur Herstellung des Antennenkerns 10 nicht durchtrennt werden muss, kann für das Material der Stabantenne ein sehr breites Legierungsspektrum verwendet werden. Eine Beschränkung auf Materialen, die die Anwendung einer Säge-, Schneide-, Stanz- oder Kapptechnik zulassen, ist deshalb nicht erforderlich.
Nachfolgend wird anhand von drei konkreten Beispielen 1, 2 und 3 erläutert, wie sich mit dem beschriebenen Verfahren ein Antennenkern 10 bzw. eine Antenne 30 herstellen lassen.
Beispiel 1
Im einfachsten Fall, wenn auf die Forderung nach einer möglichst geringen Magnetostriktion verzichtet wird, kann das Band 2 aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehen, der neben handelsüblichen Verunreinigungen der Rohstoffe oder der Schmelze im Wesentlichen die Legierungszusammensetzung Fe_aX_bSi_cB_d enthält, wobei a, b, c und d in Atomprozent angegeben sind und wobei gilt, dass 0 ≤ b ≤ 45; 6,5 ≤ c ≤ 18; 4 ≤ d ≤ 14; c + d > 16; und a + b + c + d = 100. Dabei kann X aus Kobalt bestehen, oder aus Nickel, oder aus einer Mischung aus Kobalt und Nickel.
Für das erste konkrete Beispiel wurde als Band 2 ein flaches Band 2 mit einer Breite von 12 mm, einer Dicke d2 von 21 μm und einer Nennzusammensetzung FeSi₁₂B₉ verwendet. Die Windungszahl N25 der Windungen 25 des aus diesem Band 2 hergestellten Wickelkörpers 20 betrug 15 bei einem Durchmesser d20 des Wickelkörpers 20 von 75 mm. Die Anzahl N22 der Lagen 22 des nach dem Umformen des Wickelkörpers 20 entstandenen Antennenkerns 10 (siehe 1) betrug 31.
Nach dem Umformen wurde dieser Antennenkern 10 einer Wärmebehandlung in hochreinem Wasserstoff bei einer Temperatur von 450°C für eine Dauer von 3 Stunden unterzogen. Der im Anschluss an diese Wärmebehandlung erhaltene Antennenkern 10 wies eine maximale Materialpermeabilität von 31000 und ein Remanenzverhältnis Br/Bs > 0,5 auf. Das Remanenzverhältnis gibt das Verhältnis von Remanenz Br zur Sättigungsinduktion Bs an.
Bei einer aus diesem Antennenkern 10 gebildete Stabantenne 30 gemäß 4 wurden bei einer Frequenz von 125 kHz und einer Aussteuerung von 100 Amperewindungen der Spule 40 in einem Abstand von 1 m von der Antenne 30 Feldstärken von 35 nT erreicht. 5 zeigt die Abhängigkeit der in einem Meter Abstand von der Antenne 30 erreichten Feldstärke bei einer Frequenz von 125 kHz in Abhängigkeit von der Aussteuerung. Für das erläuterte Beispiel 1 ist die unterste Kurve in 5 maßgeblich. Bei diesem Beispiel beträgt die Antennengüte bei einer Frequenz von 125 kHz weniger als 28.
Beispiel 2
Ein weiteres Ausführungsbeispiel basiert auf einer Legierungszusammensetzung, die abgesehen von handelsüblichen Verunreinigungen der Rohstoffe oder der Schmelze im Wesentlichen die Zusammensetzung Fe_aX_bCu_cSi_dB_eM_fZ_g aufweist. Dabei umfasst M zumindest eines der Elemente V, Nb, Ta, Ti, Mo, W, Zr und Hf. Z umfasst zumindest eines der Elemente P, Ge und C. X kann aus Kobalt bestehen, oder aus Nickel, oder aber aus einer Mischung aus Kobalt und Nickel. Die Parameter a, b, c, d, e, f und g sind in Atomprozent angegeben mit 0 ≤ b ≤ 45; 0,5 ≤ c ≤ 2; 6,5 ≤ d ≤ 18; 5 ≤ e ≤ 14; 1 ≤ f ≤ 6; d + e > 16; g < 5; und a + b + c + d + e + f + g = 100.
Für Beispiel 2 wurde für das Material des Bandes 2 folgende konkrete Nennzusammensetzung gewählt: FeCo_0,5Cu_0,98Nb_2,28Si1_5,7B_7,1
Das verwendete weichmagnetische Band 2 wies eine Breite von 12,3 mm und eine Dicke d2 von 19,5 μm auf. Der Durchmesser d20 des Wickelkörpers 20 betrug wiederum 75 mm bei einer Anzahl N25 von 20 Windungen.
Nach dem Umformen des Wickelkörpers 20 zu einem flachen, länglichen Antennenkern 10 (1) wurde an dem Antennenkern 10 eine Wärmebehandlung in hochreinem Wasserstoff vorgenommen. Um dabei einen nanokristallinen Volumenanteil von mehr als 50% zu erhalten, ist es erforderlich, den Antennenkern 10 in einem Temperaturbereich von 480°C bis 600°C reifen zu lassen. Bei diesem Fertigungsschritt wird gleichzeitig die ursprünglich sehr hohe Magnetostriktion von ca. + 25 ppm oder mehr auf Werte von deutlich weniger als + 10 ppm reduziert.
Konkret wurde bei dem vorliegenden Beispiel 2 eine einstündige Reifung bei einer Temperatur von 558°C gewählt. Hierbei stellten sich bei dem Antennenkern 10 eine Magnetostriktion λ_s im Bereich von 0 ppm bis 0,2 ppm und gleichzeitig eine maximale Permeabilität von 285000 sowie ein Remanenzverhältnis Br/Bs > 0,5 ein.
Mit der aus diesem Antennenkern 10 hergestellten durch Umwickeln mit einem Draht 4 hergestellten Stabantenne 30 (4) wurden bei einer Frequenz von 125 kHz und einer Aussteuerung von 125 Amperewindungen in einem Abstand von 1 m Feldstärken von 48 nT erreicht. Die Antennengüte betrug bei dieser Frequenz weniger als 30. Die oberste Kurve in 5 zeigt die Abhängigkeit der wiederum in einem Meter Abstand von der Antenne 30 erreichten Feldstärke bei einer Frequenz von 125 kHz von der Aussteuerung.
Beispiel 3
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Magnetmaterial eine Legierung verwendet, die folgende Zusammensetzung besitzt: CO_a(Fe_1-xMn_x)_bNi_cX_dSi_eB_fC_g wobei X mindestens einer der Elemente aus der Gruppe V, Nb, Ta, Cr, Mo, W Ge und P ist. Die Parameter a, b, c, d, e, f, g sind in Atom angegeben. Sie erfüllen folgende Bedingungen: 40 < a < 82; 2 < b < 10; 0 < c < 30; 0 < d < 5; 0 < e < 15; 7 < f < 26; 0 < g < 3; 15 < d + e + f + g < 30; sowie 0 < x < 1.
Als konkrete Zusammensetzung für Beispiel 3 wurde ein Band 2 mit der Nennzusammensetzung CoFe_4,7Si_5,6B_17,2 gewählt. Die Breite des Bandes 2 betrug 10 mm, seine Dicke d2 war 20,5 μm. Die Anzahl N25 der Windungen 25 des Wickelkörpers 20 war 20, die Anzahl N22 der Lagen 22 des Antennenkerns 10 war 41. Der Innendurchmesser d20 des Wickelkörpers 20 betrug wiederum 75 mm.
Der Wickelkörper 20 (3) wurde zunächst für eine Dauer von 4 Stunden einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 365°C unterzogen. Während der Wärmebehandlung wurde in dem Wärmebehandlungsraum ein magnetisches Gleichfeld mittels einer den Wärmebehandlungsraum umgebenden Magnetisierungsspule erzeugt. Die Ausrichtung des Gleichfelds war parallel zur Wickelachse des Wickelkörpers 20, d. h. bezogen auf 3 senkrecht zur Zeichenebene. Hierbei wurde das Magnetmaterial des Wickelkörpers 20 bis zur magnetischen Sättigung magnetisiert.
Der auf diese Weise magnetisierte Wickelkörper 20 wurde dann wie beschrieben zu einen länglichen Antennenkern 10 gemäß 1 umgeformt und in diesem Zustand zur Stabilisierung der gewünschten Form des Antennenkerns 10 in ein aus Polyamid hergestelltes Spritzgussgehäuse eingesetzt. Der fertige Antennenkern 10 wies eine maximale Materialpermeabilität von 1600 und ein Remanenzverhältnis Br/Bs < 0,3 auf.
Mit einer aus diesem Antennenkern 10 hergestellten Stabantenne gemäß 4 wurden bei einer Frequenz von 125 kHz und einer Aussteuerung von 120 Amperewindungen in einem Abstand von 1 m Feldstärken von 45 nT erreicht. Die Antennengüte bei dieser Frequenz war < 32. Die mittlere Kurve in 5 zeigt wiederum den Verlauf der in einem Meter Abstand von der Antenne 30 erreichten Feldstärke in Abhängigkeit von der Aussteuerung bei einer Frequenz von 125 kHz.
Abschließend zeigt 6 noch für jede der drei in den Beispielen 1, 2 und 3 erläuterten Antennen 10 das Sättigungsverhalten. Aufgetragen ist die Induktivität in Abhängigkeit von Spulenstrom.
Gemäß einer weitere Ausgestaltung kann das Flachdrücken zur Herstellung eines Antennenkerns 10 unter Verwendung von Metallplatten 51, 52 erfolgen, deren Länge geringer ist als die Länge des flach gedrückten Antennenkerns 10, was dies in 7 gezeigt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Flachdrücken des Antennenkerns 10 nur zwischen seinen Endbereichen 11 und 12, aber außerhalb von diesen erfolgt. Somit weist der Antennenkern 10 nach dem Flachdrücken eine Einschnürung auf. Hierdurch kann eine zu hohe Belastung der Endbereiche 11, 12 beim Flachdrücken und damit ein Brechen des Bandes 2 in den Endbereichen 11 und 12 vermieden werden. Bei einem derartigen Antennenkern 10 kann zumindest einer der gekrümmten Abschnitte 23 einen Krümmungsradius r23 aufweisen, der kleiner ist als das fünffache oder das zweifache oder das einfache der Stapelhöhe d24 des Bandes (2).
8 zeigt eine fertige Antenne 30, indem ein Antennenkern 10 gemäß 7 mit einem Draht 4 umwickelt wurde, wie dies anhand der in 4 dargestellten Antenne 30 erläutert wurde. Das Umwickeln kann dabei so erfolgen, dass die Spule 40 nur in dem eingeschnürten Abschnitt des Antennenkerns 10 angeordnet ist.
Wie anhand der vorangehenden Beispiele veranschaulicht wurde, lassen sich mit der vorgeschlagenen Bauform einer Stabantenne basierend auf Magnetwerkstoffen, die im Hinblick auf Maximalpermeabilität und Magnetostriktion sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, Sendeantennen herstellen, die aufgrund der geringen Anzahl und der Einfachheit der erforderlichen Bearbeitungsschritte außerordentlich kostengünstig und effizient hergestellt werden können. Die durch die metallisch leitfähige Verbindung an den Enden 11, 12 des Antennenstabes 30 erhöhten Ummagnetisierungsverluste stellen bei Anwendungen, die gepulst betrieben werden, keinen Nachteil dar. Es wurde vielmehr beobachtet, dass die Abstimmung der Schaltung beim Betrieb der Antenne 30 in einer resonanten Ansteuerschaltung durch die erhöhte Antennenimpedanz erleichtert wird und dass aufgrund der reduzierten Antennengüte ein breiteres Frequenzband zur Verfügung steht.
Mittels einer Antenne 30, wie sie vorliegend beschrieben und anhand der Beispiele 1 bis 3 ausführlich erläutert wurde, lässt sich z. B. ein eingangs erwähntes schlüsselloses Zugangssystem oder ein beliebiges anderes Kommunikationssystem realisieren, bei dem ein erster Kommunikationspartner und ein zweiter Kommunikationspartner miteinander kommunizieren.
Hierzu wird mittels einer Sendeantenne, die gemäß einer vorangehend beschriebenen Antenne 30 ausgebildet ist und die Bestandteil des ersten Kommunikationspartners ist, ein Magnetfeld in einem vorgegebenen Frequenzbereich, beispielsweise 9 kHz bis 300 kHz, generiert, das im Abstand von wenigen Metern von einer Empfangsantenne detektiert wird, die Bestandteil des zweiten Kommunikationspartners ist. Durch den Empfang des Magnetfeldes wird eine Kommunikation zwischen dem ersten Kommunikationspartner und dem zweiten Kommunikationspartner in einem anderen Frequenzbereich, der beispielsweise im Megaherzbereich liegen kann, ausgelöst. Zur Kommunikation in dem anderen Frequenzbereich können die Kommunikationspartner jeweils eine andere Antenne aufweisen, die auf den anderen Frequenzbereich abgestimmt ist.
Die in dieser Anmeldung beschriebene Antenne hat also primär die Aufgabe, ein Magnetfeld im kHz-Bereich zu erzeugen. Dies bietet wesentliche Rationalisierungs- und Einsparmaßnahmen bei der Herstellung der Antenne und bei der Auswahl der dafür verwendbaren Magnetwerkstoffe. Wenn Energie eingespart werden soll, kann die Antenne nicht nur kontinuierlich alternativ auch gepulst betrieben werden.

Claims

Antennenkern, der eine längliche Gestalt aufweist, der aus mehreren Lagen (22) eines durchgehenden Bandes (2) aus einer weichmagnetischen Legierung mit einer amorphen oder einer nanokristallinen Struktur besteht, und der zwei voneinander beabstandete Endbereiche (11, 12) aufweist, wobei jede der Lagen (22) an zumindest einem der Endbereiche (11, 12) durch einen gekrümmten Abschnitt (23) des Bandes (2) mit einer anderen der Lagen (22) verbunden ist, wobei der gekrümmte Abschnitt (23) mit diesen beiden Lagen (22) einstückig ausgebildet ist.
Antennenkern gemäß Anspruch 1, bei dem die Gesamtheit der Lagen (22) einen Lagenstapel (24) bildet, bei dem mit Ausnahme der obersten (22t) der Lagen (22) und mit Ausnahme der untersten (22b) der Lagen (22) eine jede der Lagen (22) zwischen zwei anderen der Lagen (22) angeordnet ist und zu keiner dieser beiden anderen der Lagen (22) einen Abstand auf, der kleiner ist als die Dicke (d2) des Bandes (2).
Antennenkern gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem zumindest einer der gekrümmten Abschnitte (23) einen Krümmungsradius (r23) aufweist, der kleiner ist als die zehnfache Dicke (d2) des Bandes (2).
Antennenkern gemäß Anspruch 3, bei dem zumindest einer der gekrümmten Abschnitte (23) einen Krümmungsradius (r23) aufweist, der kleiner ist als die fünffache Dicke (d2) des Bandes (2).
Antennenkern gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein jeder der gekrümmten Abschnitte (23) einen Krümmungsradius (r23) aufweist, der kleiner ist als das fünffache des sich der Stapelhöhe (d24) des Bandes (2).
Antennenkern gemäß Anspruch 5, bei dem ein jeder der gekrümmten Abschnitte (23) einen Krümmungsradius (r23) aufweist, der kleiner ist als das zweifache des sich der Stapelhöhe (d24) des Bandes (2).
Antennenkern gemäß Anspruch 6, bei dem ein jeder der gekrümmten Abschnitte (23) einen Krümmungsradius (r23) aufweist, der kleiner ist als die Stapelhöhe (d24) des Bandes (2).
Antennenkern gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Band (2) eine Dicke (d2) von 10 μm bis 30 μm aufweist.
Antennenkern gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Band (2) aus Fe_aX_bSi_cB_d besteht, wobei a, b, c und d in Atomprozent angegeben sind, wobei X aus Kobalt besteht, oder aus Nickel, oder aus einer Mischung aus Kobalt und Nickel, und wobei gilt, dass 0 ≤ b ≤ 45; 6,5 ≤ c ≤ 18; 4 ≤ d ≤ 14; c + d > 16; und a + b + c + d = 100.
Antennenkern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Band (2) aus Fe_aX_bCu_cSi_dB_eM_fZ_g besteht, wobei M zumindest eines der Elemente V, Nb, Ta, Ti, Mo, W, Zr und Hf umfasst; wobei Z zumindest eines der Elemente F, Ge und C umfasst; wobei X aus Kobalt bestehen, oder aus Nickel, oder aber aus einer Mischung aus Kobalt und Nickel; wobei a, b, c, d, e, f und g in Atomprozent angegeben sind; und wobei gilt: 0 ≤ b ≤ 45; 0,5 ≤ c ≤ 2; 6,5 ≤ d ≤ 18; 5 ≤ e ≤ 14; 1 ≤ f ≤ 6; d + e > 16; g < 5; und a + b + c + d + e + f + g = 100.
Antennenkern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Band (2) aus Co_a(Fe_1-xMn_x)_bNi_cX_dSi_eB_fC_g besteht, wobei X mindestens einer der Elemente aus der Gruppe V, Nb, Ta, Cr, Mo, W Ge und P umfasst und wobei a, b, c, d, e, f, g in Atom angegeben sind; und wobei gilt: 40 < a < 82; 2 < b < 10; 0 < c < 30; 0 < d < 5; 0 < e < 15; 7 < f < 26; 0 < g < 3; 15 < d + e + f + g < 30; und 0 < x < 1.
Antennenkern gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, der zwischen zwei den Endbereichen (11, 12) eingeschnürt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Antennenkerns (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines durchgehenden Bandes (2), das aus einer weichmagnetischen Legierung mit einer amorphen oder nanokristallinen Struktur besteht; – Aufwickeln des Bandes (2) zu einem Wickelkörper (30) mit mehreren Wicklungen (25), von denen die innerste zwei einander gegenüberliegende Abschnitte (25a) des Bandes (2) aufweist; – Flachdrücken des Wickelkörpers (30), so dass die beiden Abschnitte (25a) aneinander zu liegen kommen.
Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem das Flachdrücken des Wickelkörpers (30) so erfolgt, dass der Abstand der beiden Abschnitte (25a) kleiner ist als die Dicke (d2) des Bandes (2).
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem das Flachdrücken des Wickelkörpers (30) mittels zweier Metallplatten (51, 52) erfolgt, deren Länge geringer ist als die Länge, die der Antennenkern (10) nach dem Flachdrücken aufweist, so dass der fertige Antennenkern (10) zwischen zwei in seiner Längsrichtung voneinander beabstandeten Endbereichen (11, 12) eingeschnürt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem an dem Wickelkörper (20) vor und/oder nach dem Flachdrücken eine Wärmebehandlung im Temperaturbereich von 350°C bis 600°C vorgenommen wird.
Antenne mit einem Antennenkern, der gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist und der eine elektrische Spule (40) aufweist, in der der Antennenkern (10) angeordnet ist.
Antenne gemäß Anspruch 17, deren Güte kleiner ist als 32.
Verfahren zur Herstellung einer Antenne mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Antennenkerns (10), der gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist und/oder der gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15 hergestellt ist; – Herstellen einer elektrischen Spule (40) durch Umwickeln des Antennenkerns (10) mit einem Draht (4).