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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Tauchspulenanordnung sowie eine zu diesem geeignete Tauchspulenanordnung.
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Tauchspulenantriebe werden beispielsweise in elektrodynamischen Aktuatoren oder Lautsprechern als elektrodynamische Antriebe eingesetzt. Bei diesen bewegt sich eine Spule im Luftspalt eines Eisenkreises, welcher die Pole eines Permanentmagneten umschließt. Durch Bestromung der Spule wird von der Spule ein Magnetfeld erzeugt, welches mit dem permanentmagnetischen Feld in Wechselwirkung tritt und so zu einer Relativbewegung zwischen Eisenkreis und Spulenanordnung führt.
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Die Spule befindet sich zumeist auf einem ringförmigen Spulenträger. Die Fertigung einer solchen Tauchspulenanordnung gestaltet sich bislang recht aufwendig. Zum einen müssen elektrische Anschlussleitungen für die Spule zu einem Axialende der Spulenanordnung hingeführt bzw. am Spulenträger angeordnet werden. Zum anderen muss die Spule nach dem Wickeln verbacken werden. Dazu wird die gewickelte Spule herkömmlich in einem Ofen erwärmt, wodurch ein Schmelzklebstoff, welcher den Spulendraht umgibt, aufschmilzt, sodass die einzelnen Windungen der Spule durch den aufgeschmolzenen Klebstoff miteinander verklebt werden. Dies erfordert eine Handhabung der Spule, bei welcher die Spule fixiert werden muss.
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Aus
DE 1 651 594 U1 ist eine Schwingspule bekannt, welche in der vorangehend beschriebenen Weise verbacken wird.
DE 102 42 435 A1 offenbart, zusätzlich die Leiter der Spule so zu bestromen, dass sie sich erwärmen, wodurch das Verbacken realisiert wird. Hierzu müssen jedoch die Spulendrähte mit Verbindungskabeln, welche die Stromzufuhr bewirken, verbunden werden. Dies ist recht umständlich, zumal zusätzlich eine Drehung der Spule vorgesehen ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Tauchspulenanordnung bereitzustellen, welches eine einfachere und kostengünstigere Fertigung einer Tauchspulenanordnung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine zur Ausführung des Verfahrens geeignet ausgebildete Tauchspulenanordnung mit dem in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Tauchspulenanordnung basiert auf einem speziell ausgebildeten Spulenträger, auf welchem ein Spulendraht zur Bildung der Spule gewickelt wird. Der Spulenträger ist zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens elektrische leitfähig ausgebildet. Dazu kann der gesamte Spulenträger aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall, bestehen, oder es können auch lediglich Abschnitte oder Oberflächen des Spulenträgers elektrisch leitfähig ausgebildet sein. So kann beispielsweise ein aus Kunststoff gebildeter Spulenträger an einer oder mehreren Oberflächen metallisch beschichtet sein oder eingebettete Metallteile als elektrische Leiter aufweisen. Der elektrische Spulenträger weist zumindest zwei Abschnitte, d. h. einen ersten und zweiten Abschnitt, auf, welche jeweils in der vorangehend beschriebenen Weise elektrisch leitfähig ausgebildet sind. D. h. wenigstens diese beiden Abschnitte des Spulenträgers sind elektrisch leitfähig ausgebildet. Diese Abschnitte können beispielsweise aus Metall oder elektrisch leitfähigen Kunststoff gefertigt sein oder aber auf einem Kunststoffträger metallische Oberflächenbeschichtungen oder eingebettete elektrische Leiter aus Metall aufweisen. Für die Anwendung des Verfahrens ist wesentlich, dass die beiden Abschnitte gegeneinander elektrisch isoliert sind. Dazu können die beiden Abschnitte beispielsweise über einen elektrischen Isolator, insbesondere aus Kunststoff miteinander verbunden sein.
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Unter Anwendung eines solchen Spulenträgers wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Spulendraht um diesen Spulenträger gewickelt, um zumindest eine Spule auf diesem auszubilden. Dabei wird die Spule vorzugsweise so ausgebildet, dass die einzelnen Windungen in Axialrichtung nebeneinanderliegend auf dem Spulenträger angeordnet sind. Dabei kann die Spule ein- oder mehrlagig, beispielsweise zwei- oder auch dreilagig, ausgebildet sein, d. h. es liegen mehrere Lagen nebeneinanderangeordneter Windungen in radialer Richtung übereinander auf dem Spulenträger. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Enden der Spule, d. h. die die Enden des die Spule bildenden Spulendrahts, elektrisch mit dem Spulenträger kontaktiert werden. Dazu wird ein erstes Ende mit dem ersten Abschnitt des Spulenträgers kontaktiert, während das zweite Ende mit dem zweiten Abschnitt des Spulenträgers elektrisch kontaktiert wird. Die Kontaktierung erfolgt vorzugsweise nach dem Wickeln der Spule, jedoch ist es auch denkbar ein erstes Ende vor dem Wickeln und das zweite Ende nach dem Wickeln mit dem Spulenträger zu kontaktieren. Durch die beschriebene Kontaktierung wird erreicht, dass ein erster elektrischer Anschluss der Spule durch den ersten Abschnitt des Spulenträgers und ein zweiter elektrischer Anschluss durch den zweiten Abschnitt des Spulenträgers gebildet wird. Dabei werden die elektrischen Anschlüsse jeweils von den elektrisch leitenden Teilen bzw. Oberflächen derjenigen Abschnitte gebildet, mit welchen die Enden der Spule in elektrisch leitenden Kontakt sind.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nach dem Wickeln und Kontaktieren der Spulen mit den Abschnitten des Spulenträgers vorgesehen, die Spule im Stromstoßverfahren zu verbacken. Zur Ausbildung der Spule wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein herkömmlicher Spulendraht verwendet, welcher eine Ummantelung aus Schmelzklebstoff aufweist. Zum Verbacken wird der Spulendraht erwärmt, sodass der Klebstoff aufschmilzt und die einzelnen Windungen der Spule miteinander verkleben bzw. verbacken. Die Erwärmung des Spulendrahtes wird dadurch erreicht, dass an den Spulendraht bzw. an die Enden der Spule eine ausreichend hohe Spannung angelegt wird, welche dafür sorgt, dass durch die Spule ein derart hoher Strom fließt, dass die Spule sich ausreichend erwärmt, sodass der Klebstoff schmelzen und verkleben kann. Dadurch dass die Enden der Spule zuvor mit dem ersten und zweiten Abschnitt des Spulenträgers verbunden worden sind, werden durch die beiden Abschnitte des Spulenträgers ausreichend große Kontaktflächen geschaffen, über welche die Spule im Herstellungsprozess sicher in einer ausreichen hohen Spannung beaufschlagt werden kann, um die ausreichende Erwärmung der Spule sicherzustellen. D. h. durch die Kontaktierung der Spulenenden mit den Abschnitten des Spulenträgers werden große Kontaktflächen geschaffen, welche eine hohe Prozesssicherheit bei der Bestromung zum Verbacken der Spulen garantieren.
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Vorzugsweise werden die Enden der Spule zur Kontaktierung mit jeweils einem Abschnitt des Spulenträgers, d. h. das erste Ende der Spule mit dem ersten Abschnitt und das zweite Ende der Spule mit dem zweiten Abschnitt, elektrisch leitend verlötet, verschweißt oder verklebt. Alternativ sind auch andere elektrisch leitende Verbindungen verwendbar.
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Besonders bevorzugt erfolgt das Kontaktieren der Enden der Spule mit den Abschnitten des Spulenträgers und das Anlegen der Spannung zum Verbacken der Spule in einer Wickelmaschine, welche den Spulendraht um den Spulenträger wickelt. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der Spulenträger in einer Position bzw. Aufspannung während des gesamten Fertigungsprozesses der Spule, d. h. während des Wickelns, Kontaktierens und Verbackens gehalten wird. Auf diese Weise wird eine schnelle und kostengünstige Fertigung der Spule mit gleichzeitiger Anbringung auf dem Spulenträger möglich. Dadurch, dass der erste und der zweite Abschnitt des Spulenträgers als Kontaktelemente zum Anlegen der Spannung zum Verbacken dienen, ist eine großflächige Kontaktierung in der Wickelmaschine möglich, wodurch eine hohe Prozesssicherheit erreicht werden kann.
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Besonders bevorzugt erstrecken sich die beiden Abschnitte in Umfangsrichtung jeweils über im Wesentlichen 180° des Umfanges des Spulenträgers, d. h. die beiden Abschnitte sind im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet. Weiter bevorzugt ist der Spulenträger vorzugsweise ringförmig ausgebildet und der erste und zweite Abschnitt des Spulenträgers werden zum Anlegen der Spannung vom Innenumfang her kontaktiert. Der erste und der zweite Abschnitt bilden dabei Ringsektoren, bevorzugt, wie oben beschrieben, halbkreisförmige Ringabschnitte. In das Innere des ringförmigen Spulenträgers kann ein Halte- bzw. Aufnahmeelement zur Fixierung des Spulenträgers beim Wickeln der Spule eingreifen. Das Aufnahmeelement kann so ausgestaltet sein, dass es gleichzeitig die beiden Abschnitte des Spulenträgers von innen her kontaktiert. D. h. das Aufnahmeelement weist zwei korrespondierende Kontaktelemente bzw. Kontaktflächen auf, welche mit dem Innenumfang der Abschnitte elektrisch leitend in Kontakt treten, wenn der Spulenträger auf dem Halteelement aufgenommen ist.
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Weiter bevorzugt weist das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt auf, in welchem zumindest eine elektrische Anschlussleitung an zumindest einen der Abschnitte des Spulenträgers angebracht wird. Dabei wird die Anschlussleitung elektrisch leitend mit dem jeweiligen Abschnitt bzw. den elektrisch leitfähigen Elementen des Abschnittes verbunden. Dies kann z. B. ebenfalls durch Verlöten, Verschweißen oder Verkleben erfolgen. Diese Anschlussleitung dient später im Tauchspulensystem zum elektrischen Anschluss der Spule. Bevorzugt sind an beiden Abschnitten des Spulenträgers entsprechende Anschlussleitungen elektrische leitend befestigt. Auch ist es denkbar, elektrische Anschlusselemente direkt am jeweiligen Abschnitt des Spulenträgers vorzusehen, bzw. einstückig mit diesem auszubilden.
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Gegenstand der Erfindung ist neben dem vorangehend beschriebenen Verfahren darüber hinaus eine Tauchspulenanordnung, welche zur Ausbildung mit dem vorangehend beschriebenen Verfahren geeignet ist. Diese erfindungsgemäße Tauchspulenanordnung weist zumindest eine Spule auf, welche um einen elektrisch leitfähigen Spulenträger gewickelt ist. Dabei weist der Spulenträger, wie oben anhand des Verfahrens bereits beschrieben, zumindest einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf, welche gegeneinander elektrisch isoliert sind. Zumindest der erste und der zweite Abschnitt des Spulenträgers sind elektrisch leitend ausgebildet. Es ist zu verstehen, dass nicht der gesamte Abschnitt elektrisch leitend ausgebildet sein muss, sondern dass es ausreichend ist, dass der Abschnitt elektrisch leitende Oberflächenabschnitte aufweist. Eine besonders einfache Kontaktierung ist jedoch möglich, wenn zumindest die gesamte Oberfläche elektrisch leitend ist. Von der Spule ist ein erstes Ende mit dem ersten Abschnitt und ein zweites Ende der Spule mit dem zweiten Abschnitt des Spulenträgers elektrisch leitend verbunden. D. h. das eine Drahtende der Spule kontaktiert den ersten Abschnitt und das entgegengesetzte zweite Drahtende der Spule kontaktiert den zweiten Abschnitt des Spulenträgers. Wie oben beschrieben, können die Enden der Spulen dazu mit den Abschnitten der Spulenträger bevorzugt verlötet, verschweißt oder verklebt, jedoch auch in anderer geeigneter Weise elektrisch leitend verbunden sein. Durch diese elektrische Verbindung der Spule mit den Abschnitten des Spulenträgers wird erreicht, dass am Spulenträger großflächige Kontaktabschnitte gebildet werden, über welche die Spule leicht elektrisch kontaktiert und im Fertigungsprozess zum Verbacken der Spulendrähte bestromt werden kann. Die Spulendrähte sind dazu in herkömmlicherweise mit Schmelzklebstoff ummantelt, wobei der Klebstoff durch Erwärmung aufschmilzt und die Spulendrähte so miteinander verklebt bzw. verbackt.
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Darüber hinaus hat die Verbindung der Spulenenden mit den elektrisch gegeneinander isolierten Abschnitten des Spulenträgers den Vorteil, dass auf diese Weise sehr leicht der elektrische Anschluss der Spule zu einem Axialende des Spulenträgers geführt werden kann, auch wenn das jeweilige Wicklungsende der Spule am entgegengesetzten Ende gelegen ist. Der Spulendraht muss somit nicht die gewickelte Spule kreuzen, wodurch die Dicke der Spulenanordnung in radialer Richtung gering gehalten werden kann. Auf diese Weise wird es auch leicht möglich ungerade Anzahlen von Wicklungslagen vorzusehen, was bei herkömmlichen Tauchspulen in der Regel nicht möglich war.
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Der Spulenträger bzw. die beiden Abschnitte des Spulenträgers sind vorzugsweise aus Metall ausgebildet. So wird zum einen eine ausreichende mechanische Stabilität und zum anderen die gewünschte elektrische Leitfähigkeit realisiert. Alternativ könnte der Spulenträger auch aus einem anderen Material, beispielsweise Kunststoff, gefertigt sein, wobei dann eine metallische Oberflächenbeschichtung vorgesehen sein kann, um die Leitfähigkeit zu gewährleisten.
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Der Spulenträger ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und der erste und der zweite Abschnitt bilden Sektoren des ringförmigen Spulenträgers. Dabei erstrecken sich der erste und der zweite Abschnitt weiter bevorzugt jeweils im Wesentlichen über 180°, sodass sie jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.
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Der erste und der zweite Abschnitt sind vorzugsweise durch Trennfugen elektrisch gegeneinander isoliert. Die Trennfugen verlaufen dabei weiter bevorzugt parallel zur Längsachse der Spule. Um eine mechanische Verbindung zwischen den elektrisch leitenden Abschnitten des Spulenträgers zu gewährleisten, können diese über zumindest einen elektrischen Isolator mechanisch miteinander verbunden sein. Dieser Isolator kann beispielsweise in den Trennfugen zwischen den Abschnitten gelegen sein oder die Abschnitte jeweils am axialen Ende in Richtung der Spulenlängsachse fixieren. Dabei kann der Isolator weiter bevorzugt gleich zur Befestigung des Spulenträgers in dem späteren Tauchspulenantrieb ausgebildet sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
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1 eine Schnittansicht durch ein Tauchspulensystem eines elektrodynamischen Antriebes und
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2 eine perspektivische Ansicht der Tauchspulenanordnung in dem Tauchspulensystem gemäß 1.
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Das in 1 gezeigte Tauchspulensystem weist in bekannter Weise einen Eisenkreis auf, welcher durch einen Rückschlusstopf 2 und eine Polplatte 4 sowie einen zwischen diesen angeordneten Permanentmagneten 6 gebildet ist. Rückschlusstopf 2 und Polplatte 4 sind aus ferromagnetischen Material, vorzugsweise Eisen, gebildet. Der Permanentmagnet 6 ist am Boden des Rückschlusstopfes 2 in dessen Inneren angeordnet und erstreckt sich vom Boden in axialer Richtung X. In dieser Axialrichtung X ist der Permanentmagnet 6 magnetisiert. An dem vom Boden des Rückschlusstopfes 2 abgewandten Axialende des Permanentmagneten 6 liegt die Polplatte 4 an und erstreckt sich normal zur Längsachse X. Die Polplatte 4 liegt dabei im Inneren des Rückschlusstopfes 2, sodass zwischen dem Innenumfang der Umfangswandung des Rückschlusstopfes 2 und dem Außenumfang der Polplatte 4 ein ringförmiger Luftspalt 8 gebildet ist, in welchem die Tauchspule 10 angeordnet ist. Die Tauchspule 10 ist auf einem ringförmigen Spulenträger 12 gewickelt. Der Spulenträger 12 ist relativ zu dem Rückschlusstopf 2 in Richtung der Längsachse X, welcher auch die Längsachse der Spule 10 bildet, beweglich. Bei Bestromung der Spule 10 entsteht eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem von der Spule 10 erzeugten Magnetfeld und dem von dem Permanentmagneten 6 erzeugten Magnetfeld in dem Luftspalt 8, wodurch relative Kraftwirkungen zwischen der Tauchspule 10 bzw. dem Spulenträger 12 und dem Eisenkreis erzeugt werden können.
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Wie in 2 gezeigt, besteht der Spulenträger 12 aus zwei halbringförmigen Abschnitten 12a und 12b. Die Abschnitte 12a und 12b sind durch zwei sich parallel zur Längsachse X erstreckende Trennfugen 14 und 16 von einander getrennt und so elektrisch gegeneinander isoliert. Im gezeigten Beispiel sind die Abschnitte 12a und 12b aus Metall ausgebildet. Die Tauchspule 10 ist mit ihrem ersten Ende 18 elektrisch leitend mit dem ersten Abschnitt 12a des Spulenträgers 12 verbunden, vorzugsweise verlötet. Das zweite Ende 20 der Spule 10 ist mit dem zweiten Abschnitt 12b des Spulenträgers 12 in entsprechender Weise elektrisch leitend verbunden. Eine elektrische Anschlussleitung 22 ist mit dem ersten Abschnitt 12a und ein elektrische Anschlussleitung 24 mit dem zweiten Abschnitt 12b des Spulenträgers zum elektrischen Anschluss der Tauchspule 10 in der gezeigten Tauchspulenanordnung verbunden. Dies ist insbesondere zur Kontaktierung des zweiten Endes 20 der Tauchspule 10 von Vorteil, da dies bei einer ungeraden Anzahl von Wicklungslagen dem ersten Ende 18 in axialer Richtung X entgegengesetzt liegt. D. h. dieser Anschluss würde in der Anordnung in 1 im Inneren des Rückschlusstopfes 2 liegen und müsste die Spule 10 kreuzend durch den Luftspalt 8 nach Außen geführt werden, was zu einer unerwünschten Verbreiterung des Luftspaltes in radialer Richtung führen würde. Dadurch, dass die Kontaktierung im hier gezeigten Beispiel über den zweiten Abschnitt 12b erfolgt, ist kein Draht erforderlich, welcher die Tauchspule 10 kreuzt. So wird die Bauhöhe der Tauchspule 10 in radialer Richtung bezogen auf die Längsachse X durch die Kontaktierung auch bei einer ungeraden Zahl von Wicklungslagen nicht erhöht.
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Die Tauchspule 10 wird aus einem mit Schmelzklebstoff beschichteten Spulendraht gewickelt. Um die so gebildete Tauchspule 10 am Außenumfang des Wicklungsträgers 12 zu verbacken, ist es durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Tauchspulenanordnung leicht möglich, die Innenflächen der Abschnitte 12a und 12b elektrisch zu kontaktieren und zwischen diesen eine Spannung anzulegen, welche einen Stromfluss durch die Spule 10 und damit deren Erwärmung bewirkt. Durch die Verbindung der Spulenenden mit den Abschnitten 12a und 12b werden so sehr große Kontaktflächen geschaffen, über welche sich problemlos entsprechend große Ströme übertragen lassen. Darüber hinaus ist im Herstellungsprozess in der Wickelmaschine eine leichte und zuverlässige Kontaktierung möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Rückschlusstopf
- 4
- Polplatte
- 6
- Permanentmagnet
- 8
- Luftspalt
- 10
- Tauchspule
- 12
- Spulenträger
- 12a, 12b
- Abschnitte des Spulenträgers
- 14, 16
- Trennfugen
- 18, 20
- Enden der Spule
- 22, 24
- Anschlussleitungen
- X
- Längsachse
