DE102013200696A1

DE102013200696A1 - Induktionsbauteil

Info

Publication number: DE102013200696A1
Application number: DE102013200696.9A
Authority: DE
Inventors: Anh-Nguyen Nguyen; Tim Muskat
Original assignee: Wuerth Elektronik Eisos GmbH and Co KG
Current assignee: Wuerth Elektronik Eisos GmbH and Co KG
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-07-17
Also published as: US20150310983A1; EP2795632A1; CN104185882B; EP2795632B1; ES2572270T3; CN104185882A; KR101523887B1; TWI501264B; JP2015507375A; HK1200974A1; TW201440088A; JP5942328B2; US9484143B2; PL2795632T3; WO2014111172A1

Abstract

Ein Induktionsbauteil enthält in einem Gehäuse eine Spule, die einen Spulenkern mit zwei Stirnflächen und einer Spulenwicklung aufweist. Das Gehäuse besteht aus einem aus Kunststoff bestehenden Gehäuseboden und einem mit diesem verbundenen haubenartigen Oberteil. An dem Gehäuseboden ist eine Halterung angeordnet, in der die Spule in Richtung ihrer Längsachse unverschiebbar gehaltert ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Luftspalte rechts und links zwischen den Stirnflächen des Spulenkerns und der Innenseite des Gehäuseoberteils konstant sind.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Induktionsbauteil mit einer Spule, die eine Spulenwicklung und einen Spulenkern aufweist, sowie einem einen Mantel der Spule bildenden Gehäuse mit einem Gehäuseunterteil.
Derartige Induktionsbauteile sind bekannt. Dabei ist für die Eigenschaften des Induktionsbauteils wichtig, dass ein Luftspalt zwischen Spulenkern und Mantel genau eingehalten wird.
Bei einem bekannten Induktionsbauteil sind der Spulenkern, der an seinen beiden Enden jeweils einen Flansch aufweist, und der Mantel in einem äußeren Kunststoffgehäuse angeordnet, das Positioniermittel sowohl für den Spulenkern als auch für den Mantel aufweist. Dadurch kann eine genaue Positionierung zwischen den beiden Teilen der Spule hergestellt und die Einhaltung eines Luftspalts sichergestellt werden ( DE 10 2007 063 170 A1 ).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein insbesondere für eine automatische Montage geeignetes Induktionsbauteil zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Induktionsbauteil mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Das Induktionsbauteil enthält also innerhalb des Gehäuses eine Halterung für den Spulenkern. Die Halterung ist so ausgebildet, dass der Spulenkern mindestens in seiner eigenen Längsrichtung unverschiebbar gehaltert wird. Damit wird sichergestellt, dass der Spalt zwischen den Stirnflächen des Kerns der Spule und den benachbarten Teilen der Innenseite des Gehäuses konstant gehalten wird.
Die innerhalb des den Mantel bildenden Gehäuses angeordnete Halterung macht ein äußeres nur der Positionierung dienendes Gehäuse überflüssig.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Halterung für jedes Ende des Spulenkerns einen Lagerbock mit einer Lagerauflage für den jeweiligen Endbereich des Spulenkerns aufweist. Ein Angreifen an den Endbereichen des Spulenkerns ist sinnvoll, da dann der mittlere Bereich des Spulenkerns für die Windung der Spule freibleibt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lagerauflage des Lagerbocks eine nach oben offene Mulde aufweist. Vorzugsweise weist diese Mulde eine Krümmung auf, die dem Durchmesser des Spulenkerns entspricht. Dadurch liegt der Spulenkern in dieser Mulde auch gegen ein Verschieben quer zur Längsachse gesichert fest.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Lagerbock an dem der Innenseite der Wand des Gehäuses näher gelegenen Ende der Lagerauflage einen Quersteg aufweist, der parallel zur Wand des Gehäuses und damit senkrecht zur Stirnfläche des Spulenkerns verläuft und an dem diese Stirnfläche zur Anlage kommt, wenn der Spulenkern in seine Halterung eingesetzt ist. Der Quersteg braucht dabei nur an einem Teil der Stirnfläche anzugreifen, da dies zur axialen Festlegung vollständig ausreicht. Der größte Teil der Stirnfläche des Spulenkerns kann dadurch frei bleiben, so dass ein echter Luftspalt zwischen der Stirnfläche und dem Gehäuse gebildet wird.
Falls dies aus bestimmten Gründen auch gewünscht ist, dass kein Luftspalt, sondern ein durch das Material des Querstegs ausgefüllter Spalt vorhanden ist, kann dies durch entsprechende Größe des Querstegs ebenfalls erreicht werden.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lagerauflage konisch ausgebildet ist. Die Konizität kann zu einer Zentrierung des Spulenkerns herangezogen werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Konizität der Lagerauflage einer am Ende des Spulenkerns vorhandenen Fase entspricht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Außenseite des Lagerbocks flächig an der Innenseite des Gehäuses anliegt.
Es kann vorgesehen sein, dass die in Axialrichtung des Spulenkerns gemessene Dicke des Querstegs der Abmessung des Luftspalts entspricht.
Die Erfindung schlägt in Weiterbildung vor, dass das Gehäuse aus einem haubenartigen Oberteil und einem Boden zusammengesetzt ist. Das Oberteil kann dabei insbesondere Quaderform aufweisen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Halterung für den Spulenkern an dem Boden angeordnet ist, insbesondere einstückig an dem Boden angeformt ist. Dadurch lässt sich das Zusammensetzen des Induktionsbauteils besonders einfach gestalten, da zunächst die Spule mit Kern in die Halterung des Bodens des Gehäuses eingesetzt wird, bevor anschließend das Oberteil auf den Boden aufgesetzt und mit diesem verbunden wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Gehäuseoberteil aus magnetisch leitendem Material besteht, wobei vorzugsweise das Gehäuseoberteil einstückig ausgebildet ist.
Der Boden, der auch zur Anbringung der Lagerung für den Spulenkern dienen kann, besteht vorzugsweise aus nicht leitendem Material, insbesondere Kunststoff.
Das Gehäuse und damit das Induktionsbauteil soll in SMD Technologie befestigt werden. Die außen an dem Gehäuseboden des Gehäuses vorhandenen Kontaktelemente stehen mit im Inneren des Gehäuses vorhandenen Elektroden in Verbindung bzw. sind einstückig mit diesen ausgebildet. An den Elektroden im Inneren des Gehäuses sind die Enden der Spulenwicklung angebracht, insbesondere angeschweißt.
Es hat sich als sinnvoll herausgestellt, die Elektroden parallel zu den Wänden des Gehäuses anzuordnen, wobei sie insbesondere eine ebene Kontaktfläche für den Endbereich der Spulenwicklung aufweisen. Dabei erfolgt die Verbindung vorzugsweise mit den Mantelflächen der Enden der Drahtwicklung. Auf diese Weise steht eine große Verbindungsfläche zur Verfügung, die auch größeren Kräften widersteht, so dass eine stabile Verbindung zwischen der Spulenwicklung und den Kontaktflächen an der Außenseite des Induktionsbauteils gegeben ist.
Zur besonders einfachen und sinnvollen Montage kann vorgesehen sein, dass der Boden des Gehäuses Rechteckform aufweist, wobei die Ecken des Rechtecks abgeschrägt sind. Dementsprechend kann das Gehäuseoberteil an seiner Stirnkante an den Ecken Vorsprünge aufweisen, die komplementär zu den abgeschrägten Ecken des Bodenteils ausgebildet sind. Bei dem Zusammensetzen kann dann die Stirnkante des Oberteils in der gleichen Ebene liegen wie die Außenseite des Bodenteils.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Boden auf seiner in das Innere des Gehäuses gerichteten Oberseite im Bereich der abgeschrägten Ecken nach außen abfallende Schrägflächen aufweist, mit denen an der Innenseite der Vorsprünge des Gehäuseoberteils ausgebildete Schrägflächen gleicher Neigung zusammenwirken. Dadurch erfolgt beim Zusammensetzen des Gehäuses praktisch eine automatische Ausrichtung und Zentrierung der beiden das Gehäuse bildenden Teile.
Die Erfindung schlägt ebenfalls ein Verfahren zum Montieren eines Induktionsbauteils vor, wie es hierin beschrieben wurde. Dabei wird zunächst die Spule als Luftspule gewickelt, und ihre Enden werden mit Lot versehen. Anschließend wird die Spule auf den Spulenkern aufgeschoben oder der Spulenkern in die Spule eingeschoben. Die Spule wird dann auf die Lagerböcke aufgelegt, wobei die Stirnflächen des Spulenkerns an den Querstegen anliegen. Anschließend werden die Drahtenden der Spulenwicklung mit den nach oben ragenden Elektroden verschweißt.
Anschließend wird in das Gehäuseoberteil Kleber eingespritzt und das Gehäuseoberteil mit dem Gehäuseboden verbunden. Nach dem Aushärtenden des Klebers ist das Induktionsbauteil fertig.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
1 perspektivisch von unten die Ansicht eines fertig gestellten Iduktionsbauteils nach der Erfindung;
2 perspektivisch die Draufsicht auf einen Gehäuseboden;
3 perspektivisch die Ansicht des Gehäuseoberteils von schräg unten;
4 einen Längsschnitt durch den Gehäuseboden;
5 einen Längsschnitt durch den Gehäuseboden mit eingesetztem Spulenkern;
6 perspektivisch die Ansicht der Anordnung der 5;
7 eine der 6 entsprechende Darstellung einer geänderten Anordnung einer Spule in dem Gehäuseboden.
Die 1 zeigt perspektivisch von unten ein Induktionsbauteil nach der Erfindung. Das Induktionsbauteil enthält ein Gehäuse mit einem haubenartigen Oberteil 1, das angenähert die Form eines Quaders aufweist. Das Oberteil ist mit Ausnahme der Unterseite vollständig geschlossen. Zu dem Gehäuse gehört ebenfalls ein Gehäuseboden 2, der die offene Stirnseite des Oberteils 1 schließt. An der Unterseite des Gehäusebodens 2 sind zwei Lötpads 3 zu sehen, mit denen das Induktionsbauteil in SMD Technologie auf einer Leiterplatte befestigt wird. Die Ecken des Bodens 2 sind abgeschrägt, so dass dort schräg verlaufende Kanten 4 gebildet sind. Diesen schräg verlaufenden Seitenkanten 4 des Bodens entsprechen Vorsprünge 5 an der Stirnseite des Gehäuseoberteils 1. Dadurch liegt die Unterseite der Vorsprünge 5 in der gleichen Ebene wie die Unterseite des Bodens 2. Im Bereich der Seiten des Bodens 2 liegt die Stirnkante des Gehäuseoberteils 1 auf der Oberseite des Gehäusebodens 2 auf.
Die offene Seite des Gehäuseoberteils 1 geht auch aus der 3 hervor, auf die jetzt Bezug genommen wird. Hier ist insbesondere zu sehen, dass die Vorsprünge 5 an den Ecken der offenen Seite des Gehäuseoberteils 1 tatsächlich gegenüber der Stirnkante 6 des Gehäuseoberteils 1 vorspringen. Die Stirnkante 6 liegt zwischen den Vorsprüngen 5 in einer Ebene. In zusammengesetzten Zustand liegt die Stirnkante 6 zwischen den Vorsprüngen auf der Oberseite des Gehäusebodens 2 auf. Die nach innen gerichteten Seitenflächen 7 der Vorsprünge 5 verlaufen schräg in Ebenen, die in Richtung auf die der offenen Seite des Gehäuseoberteils 1 gegenüberliegende geschlossene Seite konvergieren.
2 zeigt jetzt die perspektivische Draufsicht auf einen Gehäuseboden 2. Die bereits erwähnten Schrägflächen 4 sind hier ebenfalls zu sehen. Es zeigt sich aus 2, dass die an sich ebene Oberseite 8 des Gehäusebodens 2 im Bereich der abgeschrägten Ecken nach außen schräg abfallende Schrägflächen 9 aufweist. Diese Schrägflächen 9 entsprechen in ihrer Anordnung und Größe den Schrägflächen 7 an der Innenseite der Vorsprünge 5 des Gehäuseoberteils 1.
Auf der Oberseite 8 des Gehäusebodens 2 sind zwei Lagerböcke 10 angeformt, die die Form einer quaderförmigen Säule mit parallelen Seitenwänden aufweisen. Die Oberseite der Lagerböcke 10 bildet eine Mulde 11, die in Richtung auf die voneinander abgewandten Außenflächen 12 durch jeweils einen Steg 13 begrenzt sind. Die Innenseite des Stegs 13 ist eben ausgebildet und verläuft parallel zu der ebenfalls eben ausgebildeten Außenfläche 12 jedes Lagerbocks 10.
Wie man der perspektivischen Darstellung in der 2 ebenfalls entnehmen kann, verlaufen die Mulden 11 an der Oberseite der Lagerböcken 10 nach innen abfallend.
Die unter Bezugnahme auf 1 erwähnten Lötpads 3 setzen sich auf der Oberseite 8 des Gehäusebodens 2 in Elektroden 14 fort, die einen auf der Oberseite aufliegenden Schenkel 14a aufweisen. Im Bereich der Außenseite ist die Elektrode nach oben abgewinkelt und bildet dort eine Kontaktfläche 15, die eben ausgebildet ist und senkrecht zu der Oberseite 8 des Gehäusebodens 2 verläuft.
Die nach oben, also von der Oberseite 8 des Gehäusebodens 2 weg gerichtete Erstreckung der Kontaktfläche 15 der Elektroden 14 reicht im dargestellten Beispiel bis fast zu der Mulde 11 heran, sie kann auch länger gestaltet werden. Diese Fläche 15 steht zur Ankontaktierung mit den Enden der Spulenwicklung zur Verfügung.
In 4 ist ein Längsschnitt durch den Gehäuseboden 2 dargestellt. Hier ist insbesondere die spiegelbildliche Anordnung der beiden Lagerböcke 10 zu sehen. Ihre Außenseiten 12 verlaufen senkrecht zu der Unterseite des Gehäusebodens 2. Auch die Innenseiten 16 verlaufen senkrecht zu dem Gehäuseboden 2 und damit parallel zueinander. Beide Lagerböcke 10 sind gleich hoch.
Die Schräge der Mulden 11 entspricht in etwa einer Fase 17 am Ende eines Spulenkerns 18, der zu der Spule gehört, die in dem Induktionsbauteil nach der Erfindung angeordnet ist.
Während die 4 den Längsschnitt durch den Gehäuseboden 2 darstellt, zeigt 5 einen gleichen Längsschnitt, wobei allerdings jetzt die Spule bereits in dem Gehäuseboden 2 eingesetzt ist. Die Spule enthält einen zylindrischen Spulenkern 18 mit zwei ebenen senkrecht zur Längsachse des Spulenkerns 18 und damit parallel zueinander verlaufenden Stirnflächen 19. Der Spulenkern 18 ist von einer Spulenwicklung 20 umgeben. Die Spulenwicklung 20 lässt die beiden Enden des Spulenkerns 18 frei, so dass der Spulenkern 18 in die beiden Lagerböcke 10 eingesetzt werden kann. Die Fase 17 ruht in den Mulden 11, und die Stirnflächen 19 liegen an der Innenseite der Stege 13 an. Da die Krümmung der Mulden 11 dem Durchmesser des Spulenkerns 18 angepasst ist, ist die Spule damit sowohl in Richtung ihrer eigenen Achse als auch in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der 5 festgelegt. Nach Aufschieben des Gehäuseoberteils 1 auf den Gehäuseboden 2 besteht also ein definierter festgehaltener Luftspalt zwischen den beiden Stirnflächen 19 und den benachbarten Bereichen der Wand des Gehäuseoberteils 1.
Die Drahtenden 21 der Spulenwicklung 20 sind am Ende der Spulenwicklung geradlinig nach unten geführt und werden mit den Kontaktflächen 15 der Elektroden 14 verschweißt. Dies ist in 5 bei dem hinter der Zeichnungsebene liegenden Drahtende 21 angedeutet.
Die 6 zeigt nun in perspektivische Ansicht die Anordnung der Spule an dem Gehäuseboden 2. Das vordere Drahtende 22 der Spulenwicklung 20 ist bis zu der Elektrode 14 herunter geführt und ist mit der Kontaktfläche 15 verschweißt. Die Verbindung zwischen dem Draht 22 und der Kontaktfläche 15 geschieht also an der Mantelfläche des im Endbereich zylindrisch ausgebildeten Drahtes der Spulenwicklung 20. Durch das Aufbringen einer Zuhaltekraft durch die Schweißzangen werden die Drahtenden elliptisch verformt. Zwischen dem vorderen Drahtende 22 und dem auf der Oberseite des Gehäusebodens 2 aufliegenden Schenkel 14a der Elektrode 14 ist ein Toleranzspalt vorgesehen. Man kann der 6 auch entnehmen, dass die Kontaktfläche vergrößert werden könnte, indem die Elektrode in Richtung senkrecht zum Gehäuseboden 2 verlängert wird.
Die 7 zeigt eine solche Möglichkeit, bei der die nach oben gerichteten Teile der Elektroden mit der an ihrer Innenseite gebildeten Kontaktfläche 15 weiter nach oben geführt sind. Zusätzlich sind sie durch entsprechende Winkelstützen 23 nach außen unterstützt, die einstückig mit den Lagerböcken 10 ausgebildet sind. In diesem Fall können die Drahtenden 22, 21 nach oben gerichtet sein.
Durch das Verschweißen der Drahtenden 21, 22 mit den Kontaktflächen 15 der Elektroden 14 ist die Spule damit auch in der dritten Dimension festgelegt.
Nach dem Verbinden der Drahtenden 22 mit den Kontaktflächen 15 wird auf den Gehäuseboden 2 das Gehäuseoberteil 1 aufgesetzt, das vorher mindestens an seinen Stirnflächen 6 mit Kleber versehen war. Die Innenseite der Wände des Gehäuseoberteils 1 liegen an den Außenseiten 12 der Lagerböcke 10 an. Damit wird eine Spaltdicke definiert, die der Dicke der Stege 13 entspricht.
Durch die große Kontaktfläche zwischen den Kontaktflächen 15 der Elektroden 14 und den Drahtenden 21, 22 der Spulenwicklung 20 werden ausreichend große Auszugskräfte ermöglicht, so dass das Induktionsbauteil eine stabile Einheit bildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007063170 A1 [0003]

Claims

Induktionsbauteil, mit 1.1 einem eine Spulenwicklung (20) und zwei Stirnflächen (19) aufweisenden Spulenkern (18), 1.2 einem die Spule umgebenden Gehäuse, 1.3 einer in dem Gehäuse angeordneten Halterung für den Spulenkern (18), 1.4 in der der Spulenkern (18) in Längsrichtung unverschiebbar gehaltert ist, sowie mit 1.5 einem einen Spalt bildenden Abstand zwischen den Stirnflächen (19) des Spulenkerns (18) und der Innenseite des Gehäuses in dem den Stirnflächen (19) des Spulenkerns (18) gegenüberliegenden Bereich.
Induktionsbauteil nach Anspruch 1, bei dem die Halterung für jedes Ende des Spulenkerns (18) einen Lagerbock (10) mit einer Lagerauflage für den jeweiligen Endbereich des Spulenkerns (18) aufweist.
Induktionsbauteil nach Anspruch 2, bei dem die Lagerauflage eine nach oben offene Mulde (11) mit einer dem Durchmesser des Spulenkerns (18) entsprechenden Krümmung aufweist.
Induktionsbauteil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Lagerbock (10) einen die Lagerauflage begrenzenden an der Stirnfläche (19) des Spulenkerns (18) angreifenden Steg (13) aufweist.
Induktionsbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Lagerauflage konisch ausgebildet ist.
Induktionsbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Außenseite (12) des Lagerbocks (10) flächig an der Innenseite des Gehäuses anliegt.
Induktionsbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gehäuse ein haubenartiges Oberteil (1) mit einem Gehäuseboden (2) aufweist.
Induktionsbauteil nach Anspruch 7, bei dem die Halterung an dem Gehäuseboden (2) angeordnet ist, insbesondere einstückig an dem Gehäuseboden (2) angeformt ist.
Induktionsbauteil nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Gehäuseoberteil (1) gegebenenfalls aus magnetisch leitendem Material und der Gehäuseboden (2) aus nicht leitendem Material besteht.
Induktionsbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit an der Innenseite des Gehäuses angeordneten Elektroden (14) zur Verbindung mit den Enden (21, 22) der Spulenwicklung (20).
Induktionsbauteil nach Anspruch 10, bei dem die Elektroden parallel zu den Wänden des Gehäuses verlaufen und eine ebene Kontaktfläche (15) für den Endbereich der Spulenwicklung aufweisen, wobei vorzugsweise die Enden (21, 22) der Spulenwicklung (20) mit ihren Mantelflächen mit den Elektroden verschweißt sind.
Induktionsbauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem der Gehäuseboden (2) Rechteckform mit abgeschrägten Ecken aufweist und das Gehäuseoberteil (1) zu diesen abgeschrägten Ecken komplementär ausgebildete Vorsprünge (5) an seiner Stirnkante (6) aufweist.
Induktionsbauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem der Gehäuseboden (2) auf seiner Oberseite (8) im Bereich der abgeschrägten Ecken nach außen abfallende Schrägflächen (9) aufweist, mit denen an der Innenseite der Vorsprünge (5) des Gehäuseoberteils (1) ausgebildete Schrägflächen (7) zusammenwirken.
Verfahren zum Montieren eines Induktionsbauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Verfahrensschritten: 14.1 es wird eine Spule gewickelt und die Drahtenden (21, 22) mit Lot benetzt, 14.2 die Spule wird auf den Spulenkern (18) aufgeschoben, 14.3 der Spulenkern (18) wird auf die Lagerböcke (10) aufgelegt, 14.4 die Enden der Spulenwicklung (20) werden mit Elektroden des Gehäusebodens (2) verschweißt, 14.5 in das Gehäuseoberteil (1) wird Kleber eingespritzt, 14.6 der Gehäuseboden (2) wird mit dem Oberteil (1) verbunden, 14.7 das Aushärten des Klebers wird abgewartet.