DE102014117900A1

DE102014117900A1 - Spulenbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Spulenbauelements

Info

Publication number: DE102014117900A1
Application number: DE102014117900.5A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Frey; Karsten Frey; Bernhard Röllgen; Matthias Haubner
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-06-09
Also published as: TW201637044A; WO2016087139A8; WO2016087139A1

Abstract

Es wird ein Spulenbauelement (1) angegeben, das einen Wickelkörper (2) und wenigstens eine Wicklung (4, 5) eines Drahtes (6, 7) aufweist, wobei die Wicklung (4, 5) wenigstens eine Windung (10, 11) des Drahtes (6, 7) um den Wickelkörper (2) aufweist und wobei die Geometrie der Windung (10, 11) eine Drehung der Windung (10, 11) um den Wickelkörper (2) erlaubt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung eines Spulenbauelements (1) angegeben. Das Spulenbauelement (1) weist wenigstens ein Anschlusselement (21, 22, 23, 24) auf, das aus einer Grundform der Wicklung (4, 5) herausragt.

Description

Es wird ein Spulenbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Spulenbauelements angegeben. Das Spulenbauelement ist insbesondere als elektrisches Bauelement, beispielsweise als induktives Bauelement, ausgebildet. Insbesondere kann das Spulenbauelement als Drossel oder als Transformator eingesetzt werden.
Zur Herstellung eines Spulenbauelements ist es erforderlich, einen Draht zu verformen und beispielsweise um einen Wickelkörper zu wickeln. In der Druckschrift WO 2011/015491 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer stromkompensierten Drossel beschrieben, bei dem eine vorgeformte Wicklung auf einen Ferritkern aufgedreht wird. In der Druckschrift DE 3540098 A1 ist ein Verfahren zur Bewicklung von Ringkernen mit Draht beschrieben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Spulenbauelement und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Spulenbauelements anzugeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Spulenbauelement aufweisend einen Wickelkörper und wenigstens eine Wicklung eines Drahtes um den Wickelkörper angegeben. Der Wickelkörper weist insbesondere eine geschlossene Rahmenform auf. Der Wickelkörper kann einen Kern zur Erhöhung der Induktivität, insbesondere einen Ferritkern, aufweisen oder als Kern ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Wickelkörper ein Gehäuse aufweisen, das den Kern umgibt.
Alternativ dazu kann kein Gehäuse vorgesehen sein, so dass der Draht direkt um den Kern gewickelt ist.
Die Wicklung weist wenigstens eine Windung des Drahtes um den Wickelkörper, insbesondere um einen Abschnitt des Wickelkörpers, auf. Die Geometrie der Windung erlaubt eine Drehung der Windung um den Wickelkörper, insbesondere um den zugehörigen Abschnitt des Wickelkörpers. Beispielsweise ist die Windung zumindest während der Herstellung um den Wickelkörper drehbar. „Drehbar“ bedeutet dabei, dass eine Drehung der Windung ohne Verformung der Windung und ohne Beschädigung des Wickelkörpers und der Windung möglich ist. Dazu muss die Windung ausreichend locker auf dem Wickelkörper sitzen. Dabei ist auch der Fall mit eingeschlossen, dass beim fertigen Spulenbauelement, z. B. aufgrund eines nachträglich aufgebrachten Gehäuses oder einer nachträglich ausgebildeten Verformung eines Drahtanfangs- und/oder Drahtendes der Wicklung die Windung nicht mehr um den Wickelkörper gedreht werden kann.
Beispielsweise weist die Windung in einer Aufsicht eine Kreisform auf. Insbesondere ist der Draht als kreisförmige Helix um den Wickelkörper gewickelt. Entsprechend weist die Wicklung, die alle Windungen des Drahtes umfasst, beispielsweise eine zylindrische Grundform auf. Dabei können das Drahtende und/oder der Drahtanfang aus der Grundform herausragen.
In einer Ausführungsform weist der Wickelkörper, insbesondere der Abschnitt, um den die Windung geführt ist, im Querschnitt eine äußere Umfangslinie auf, die sich in ihrer Geometrie von der Form der Windung in der Aufsicht unterscheidet.
Beispielsweise weist der Wickelkörper im Querschnitt eine äußere Umfangslinie mit Ecken auf, während die Windung in der Aufsicht eine Kreisform aufweist. Beispielsweise weist die äußere Umfangslinie des Wickelkörpers wenigstens einen geradlinigen Abschnitt auf. Insbesondere kann die äußere Umfangslinie des Wickelkörpers die Form eines Rechtecks aufweisen.
In einer alternativen Ausführungsform entspricht die äußere Form des Wickelkörpers im Querschnitt der Form der Windung in der Aufsicht. Beispielsweise weisen sowohl die äußere Umfangslinie als auch die Windung eine kreisförmige Geometrie auf.
In einer Ausführungsform weist die Wicklung eine Längsachse auf, die der Wicklungsachse der Windungen entspricht. Die Wicklung weist insbesondere eine zylindrische Grundform auf. Der Abschnitt des Wickelkörpers, um den die Wicklung angeordnet ist, weist beispielsweise eine gebogene Form auf. Beispielsweise ist der Wickelkörper ringförmig ausgebildet. In einer Ausführungsform ist die Wicklungsachse nicht an den Verlauf der Biegung des Wickelkörpers angepasst. Beispielsweise ist eine zylinderförmige Wicklung auf einem ringförmigen Wickelkörper angeordnet.
In einer Ausführungsform ist zwischen der Windung und dem Wickelkörper wenigstens ein Spalt ausgebildet. Beispielsweise ist der Spalt umlaufend um den Wickelkörper herum ausgebildet, so dass die Windung an keiner Stelle am Wickelkörper anliegt. Dies ermöglicht ein Aufbringen der Wicklung ohne Beschädigung des Wickelkörpers.
In einer Ausführungsform weist das Spulenbauelement wenigstens ein Anschlusselement zum elektrischen Anschluss des Spulenbauelements auf. Das Anschlusselement ist insbesondere an der obersten und/oder untersten Windung angeordnet. Das Anschlusselement ragt vorzugsweise aus einer Grundform der Wicklung heraus.
In einer Ausführungsform wird das Anschlusselement direkt vom Draht der Wicklung, insbesondere dem Drahtanfang und/oder dem Drahtende gebildet. Somit wird zur Ausbildung eines Anschlusselements kein separates Element benötigt, das an der obersten und/oder untersten Windung der Wicklung befestigt wird. Beispielsweise sind sowohl der Drahtanfang als auch das Drahtende aus der Grundform der Wicklung herausgeführt. In einer Ausführungsform weist zumindest ein Abschnitt des Anschlusselements eine Biegung auf. Die Biegung unterscheidet sich insbesondere von der Biegung des Drahtes innerhalb der Windung.
Der Drahtanfang und/oder das Drahtende können alternativ oder zusätzlich auch als Tragelemente für die Wicklung und/oder das gesamte Spulenbauelement dienen.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Spulenbauelement ein oder mehrere separate Anschluss- und/oder Tragelemente aufweisen, die an der Wicklung befestigt sind. Insbesondere kann ein separates Element an der obersten und/oder untersten Windung befestigt sein. Beispielsweise ist das separate Element angelötet.
In einer Ausführungsform liegen aufeinander folgende Windungen der Wicklung aneinander an. Insbesondere befindet sich kein Spalt zwischen aufeinander folgenden Windungen. Auf diese Weise kann ein hoher Füllgrad der Wicklungen erreicht werden. Eine derartige Ausführungsform ist mit einem Verfahren, bei dem ein vorgeformter Draht auf den Wickelkörper aufgedreht wird, nicht oder nur schwer erzielbar, da dort zum Aufbringen der Wicklung die Windungen aufgespreizt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Spulenbauelements angegeben. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Herstellung des vorgehend beschriebenen Spulenbauelements.
Gemäß dem Verfahren werden ein Wickelkörper und ein Draht bereitgestellt. Der Wickelkörper wird beispielsweise in ein Werkzeug eingelegt. Der Draht wird an den Wickelkörper herangeführt. Beispielsweise weist das Werkzeug hierzu eine Führung auf, in die der Draht eingelegt und zum Wickelkörper geführt wird. Vorzugsweise wird der Draht in der Führung vorgeschoben. Beispielsweise wird dazu eine Kraft auf das Drahtende ausgeübt.
Der Draht wird dann an einem Biegungsgeber entlang geschoben und dabei gebogen, wobei wenigstens eine Windung des Drahtes um den Wickelkörper erzeugt wird. Beispielsweise weist der Biegungsgeber eine Wandung auf, gegen die der Draht anläuft, so dass eine resultierende Biegung des Drahtes dem Verlauf der Wandung entspricht. Insbesondere kann die Wandung eine gebogene Form aufweisen. Beispielsweise ist die Wandung derart geformt, dass der Draht beim Entlanglaufen an der Wandung kreisförmig gebogen wird.
In einer Ausführungsform wird gleichzeitig oder nach dem Entlangschieben des Drahtes am Biegungsgeber eine Steigung des Drahtes senkrecht zu einer Biegungsebene erzeugt. Somit erhält der Draht eine helikale Form, beispielsweise die Form einer zirkulären Helix.
Dazu weist in einer Ausführungsform die Wandung des Biegungsgebers eine entsprechende Steigung auf. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steigung durch einen separaten Steigungsgeber erzeugt werden. Der separate Steigungsgeber ist beispielsweise als Stift oder Platte ausgebildet, die den Draht in eine Richtung senkrecht zur Biegungsebene ablenkt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Drahtanfang um den Wickelkörper gedreht bis alle Windungen der Wicklung erzeugt sind. Vorzugsweise wird der Drahtanfang gleichzeitig auf dem Wickelkörper verschoben. Insbesondere werden dabei auch alle fertigen Windungen der Wicklung entsprechend um den Wickelkörper herumbewegt. Somit weisen die Windungen jeweils eine Geometrie auf, die eine Drehung und vorzugsweise auch eine Verschiebung relativ zum Wickelkörper erlaubt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden der Drahtanfang und/oder das Drahtende nach Bildung aller Windungen der Wicklung umgeformt. Auf diese Weise können der Drahtanfang und/oder das Drahtende als Anschlusselemente und/oder Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Wicklung dienen, ohne dass ein separates Element an der Wicklung befestigt werden muss.
Mit dem beschriebenen Verfahren ist insbesondere ein berührungsfreies Umwickeln des Wickelkörpers möglich. Somit kann eine mechanische Beanspruchung des Wickelkörpers und/oder des Drahtes verringert oder gänzlich vermieden werden. Zudem ist mit dem Verfahren ein automatisiertes Aufbringen einer Wicklung auf einen Wickelkörper, insbesondere auch auf einen Wickelkörper in Form eines geschlossenen Rahmens, möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Spulenbauelement angegeben, zu dessen Herstellung das oben beschriebene Verfahren verwendet wird.
In der vorliegenden Offenbarung sind mehrere Aspekte einer Erfindung beschrieben. Alle Eigenschaften, die in Bezug auf die Spulenbauelemente und das Verfahren offenbart sind, sind auch entsprechend in Bezug auf die jeweiligen anderen Aspekte offenbart und umgekehrt, auch wenn die jeweilige Eigenschaft nicht explizit im Kontext des jeweiligen Aspekts erwähnt wird.
Im Folgenden werden die hier beschriebenen Gegenstände anhand von schematischen und nicht maßstabsgetreuen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1A bis 1C eine Ausführungsform eines Spulenbauelements in verschiedenen Ansichten,
2 bis 5 weitere Ausführungsformen eines Spulenbauelements,
6A bis 6D Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Spulenbauelements.
Vorzugsweise verweisen in den folgenden Figuren gleiche Bezugszeichen auf funktionell oder strukturell entsprechende Teile der verschiedenen Ausführungsformen.
1A zeigt ein Spulenbauelement 1 in einer seitlichen Ansicht. 1B zeigt das Spulenbauelement 1 in einer rückseitigen Ansicht.
Das Spulenbauelement 1 stellt beispielsweise eine definierte Induktivität bereit. Das Spulenbauelement 1 kann als passives Bauelement eingesetzt werden und beispielsweise zur Dämpfung elektromagnetischer Störungen dienen. Beispielsweise kann das Spulenbauelement 1 als Drossel eingesetzt werden. Das Spulenbauelement 1 kann beispielsweise auch in einem Transformator eingesetzt werden. Dabei kann es sich insbesondere um einen Übertrager zur Signalübertragung oder um einen Leistungstransformator handeln.
Das Spulenbauelement 1 weist einen Wickelkörper 2 auf. Der Wickelkörper 2 ist rahmenförmig ausgebildet. Insbesondere weist der Wickelkörper 2 eine geschlossene Ringform auf. Alternativ kann der Wickelkörper 2 beispielsweise eine Grundfläche in Form eines „D“ oder eine rechteckige Grundfläche aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform weist der Wickelkörper keine Rahmenform oder eine offene Rahmenform auf. Beispielsweise ist der Wickelkörper stabförmig ausgebildet.
Der Wickelkörper 2 weist beispielsweise einen Kern zur Anpassung der Induktivität des Spulenbauelements 1 auf. Insbesondere kann der Wickelkörper 2 als Kern aufweisend Ferrit ausgebildet sein oder einen derartigen Kern aufweisen.
Das Spulenbauelement 1 weist zwei Wicklungen 4, 5 aus Drähten 6, 7 auf, die auf zwei gegenüberliegenden Abschnitten 33, 34 des Wickelkörpers 2 angeordnet sind. Die Wicklungen 4, 5 weisen jeweils mehrere Windungen 10, 11 des Drahtes 6, 7 um den zugehörigen Abschnitt 33, 34 des Wickelkörpers 2 auf.
Beispielsweise handelt es sich um einen Kupferdraht. Der Draht ist als Runddraht ausgebildet. Es kann sich alternativ auch um einen Aluminiumdraht oder einen Stahldraht handeln. Alternativ kann der Draht beispielsweise als Rechteckdraht, insbesondere als Flachdraht, ausgebildet sein. Die Drähte 6, 7 können mit einem Lack versehen sein. Beispielsweise weisen die Drähte 6, 7 eine Querschnittsfläche von 0,001 mm² bis 2500 mm² auf. Beispielsweise weisen die Drähte einen kreisförmigen Querschnitt auf, wie in den 1A und 1B gezeigt ist. Die Drähte 6, 7 können auch andere Querschnittsgeometrien aufweisen, beispielsweise einen rechteckigen oder einen quadratischen Querschnitt.
1C zeigt schematisch den Verlauf einer Windung 10 um einen Abschnitt 33 des Wickelkörpers 2 in einer Aufsicht auf die Windung 10, wobei der zugeordnete Abschnitt 33 des Wickelkörpers 2 im Querschnitt zu sehen ist. Die weiteren Windungen der Wicklung 4 sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Die Windung 10 verläuft in Form einer kreisförmigen Helix um den Abschnitt 33 des Wickelkörpers 2 herum. Insbesondere ist die Windung 10 um eine gedachte Wicklungsachse 19 gewickelt, die senkrecht durch die Bildebene von 1C verläuft. Die Wicklungsachse 19 entspricht einer Längsachse der Wicklung 4. Die Wicklung 4 weist die Form eines Kreiszylinders auf.
Wie in den 1A bis 1C zu sehen ist, ist zwischen den Windungen 10, 11 und dem Wickelkörper 2 jeweils ein Spalt 8, 9 ausgebildet. Der Spalt 8, 9 kann dabei um den gesamten Abschnitt 33, 34 des Wickelkörpers 2 herumlaufen, wie in 1C zu sehen ist. Alternativ dazu kann der Spalt 8, 9 auch nur zwischen einem Teil des Abschnitts 33, 34 des Wickelkörpers 2 und der jeweiligen Windung 10, 11 ausgebildet sein, so dass die Windungen 10, 11 Bereiche aufweisen, die eng am Wickelkörper 2 anliegen. Die Windungen 10, 11 können auch derart eng am Wickelkörper 2 anliegen, dass sie sich gerade noch drehen lassen, ohne dass der Wickelkörper 2 und/oder der Draht 8, 9 beschädigt wird. Insbesondere können die Windungen 10, 11 auch spaltfrei drehbar am Wickelkörper 2 anliegen.
Die Form der jeweiligen Windung 10, 11 ist nicht-komplementär zur Form des Wickelkörpers 2 ausgebildet. Insbesondere unterscheidet sich die Form der Windung 10, 11 in der Aufsicht von der Geometrie der äußeren Umfangslinie 3 des jeweiligen Abschnitts 33, 34 des Wickelkörpers 2. Wie in 1C zu sehen ist, weist die Windung 10 einen kreisförmigen Verlauf auf. Die äußere Umfangslinie 3 des zugehörigen Abschnitts 33 des Wickelkörpers 2 weist einen rechteckigen Verlauf auf.
Die Geometrie der jeweiligen Windung 10, 11 ist derart, dass sie eine Drehung der Windung 10, 11 um den zugehörigen Abschnitt 33, 34 des Wickelkörpers 2 erlaubt. Die Drehbarkeit der Windungen 10, 11 kann bei der fertig ausgebildeten Wicklung 4, 5 allerdings behindert sein, beispielsweise durch ein umgebogenes Drahtende 12, 13 und/oder einen umgebogenen Drahtanfang 14, 15.
Wie in den 1A und 1B zu sehen ist, liegen aufeinanderfolgende Windungen 10 der Wicklung 4 bzw. aufeinanderfolgende Windungen 11 der weiteren Wicklung 5 eng aneinander an. Zwischen den Windungen 10 bzw. 11 befindet sich kein Spalt. Dies ermöglicht einen hohen Füllgrad der Wicklungen 4, 5.
Die Drahtenden 12, 13 (1A) und Drahtanfänge 14, 15 (1B) der Wicklungen 4, 5 ragen aus der zylindrischen Grundform der Wicklungen 4, 5 heraus. Insbesondere weisen die Drahtenden 12, 13 und Drahtanfänge 14, 15 jeweils wenigstens einen geradlinigen Abschnitt auf. Beispielsweise verlaufen die Drahtenden 12, 13 und Drahtanfänge 14, 15 wenigstens abschnittsweise parallel zur Wicklungsachse der Wicklungen 4, 5. Die Drahtenden 12, 13 und Drahtanfänge 14, 15 verlaufen durch Löcher eines Träger 16 hindurch und ermöglichen einen elektrischen Anschluss der Wicklungen 4, 5. Somit sind die Drahtenden 12, 13 und Drahtanfänge 14, 15 als Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 ausgebildet. Insbesondere kann das Spulenbauelement 1 als PTH(englisch pin through hole)-Bauelement ausgebildet sein. In diesem Fall werden die Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 durch Löcher in einer Leiterplatte geführt und an der Leiterplatte befestigt, insbesondere verlötet. In einer alternativen Ausführungsform ist das Spulenbauelement als SMD(englisch surface mounted device)-Bauelement ausgebildet. In diesem Fall werden die Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 beispielsweise auf eine Leiterplatte aufgelegt und an dieser befestigt, insbesondere verlötet.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Träger 16 auch entfallen. Zusätzlich dienen die Drahtenden 12, 13 und Drahtanfänge 14, 15 als Tragelemente insbesondere als Standbeine, für das Spulenbauelement 1.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Spulenbauelements 1 in seitlicher Ansicht.
Das Spulenbauelement 1 unterscheidet sich vom Spulenbauelement 1 aus 1A unter anderem dadurch, dass zwischen aufeinander folgenden Windungen 10 einer Wicklung 4 ein Spalt 17 ausgebildet ist. Die aufeinander folgenden Windungen 10 liegen also nicht direkt aneinander an. Auch die weitere Wicklung 5 weist einen Spalt 18 zwischen aufeinander folgenden Windungen 11 auf. Somit ist die Steigung der Wicklung 4 größer als die Drahtdicke. Das Spulenbauelement 1 weist nur zwei vollständige Windungen 10 pro Wicklung 4 auf.
Beispielsweise weisen die Drähte 6, 7 Dicken in einem Bereich von 0,4 bis 8,0 mm auf, beispielsweise liegen die Dicken bei 1,8 mm. Die Wicklung 4 bzw. 5 weist beispielsweise einen Außendurchmesser im Bereich von 3 mm bis 25 mm, beispielsweise liegt der Außendurchmesser bei 14 mm. Der Innendurchmesser der Wicklung 4 bzw. 5 liegt beispielsweise in einem Bereich von 2 mm bis 20 mm, insbesondere bei 9 mm. Das Verhältnis vom Außendurchmesser der Wicklung 4 bzw. 5 zum Durchmesser des Drahtes 6 bzw. 7 liegt beispielsweise im Bereich von 3 bis 20, insbesondere kann das Verhältnis kleiner oder gleich 10 sein.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Spulenbauelements 1 in schräger Aufsicht. Beispielsweise handelt es sich um ein SMD-Bauelement, d. h. oberflächenmontierbares Bauelement, das zur Anordnung auf einer Leiterplatte ausgebildet ist.
Der Wickelkörper 2 und die Wicklungen 4, 5 weisen eine ähnliche Grundform auf wie beim Spulenbauelement gemäß den 1A bis 1C. Vorliegend ist allerdings das Spulenbauelement 1 derart auf einem Träger 16 angeordnet, dass die Grundfläche des ringförmigen Wickelkörpers 2 parallel zu einer Oberseite des Trägers 16 liegt. Entsprechend dazu verläuft eine Wickelachse der Wicklungen 4, 5 parallel zur Oberseite des Trägers 16.
Zwischen den Wicklungen 4, 5 ist ein Trennsteg 36 zur verbesserten Isolation der Wicklungen 4, 5 gegeneinander angeordnet. Der Trennsteg 36 wird beispielsweise nach dem Wickelprozess aufgesteckt.
Die Drahtenden 12, 13 und Drahtanfänge 14, 15 führen senkrecht zur Wickelachse von den Windungen 10, 11 weg, durch Löcher in einem Träger 16 hindurch und sind dann nach außen gebogen. Beispielsweise werden die Drahtanfänge 14, 15 nach dem Wickeln in der Wickelvorrichtung geöffnet und gerade gerichtet. Anschließend werden die Drahtanfänge 14, 15 und Drahtenden 12, 13 durch Öffnungen im Träger 16 geführt und nach außen gebogen.
4A zeigt eine weitere Ausführungsform eines Spulenbauelements 1 in schräger seitlicher Ansicht. 4B zeigt das Spulenbauelement 1 in schräger rückseitiger Ansicht.
Das Spulenbauelement 1 weist einen Wickelkörper 2 in Form eines geschlossenen rechteckigen Rahmens mit abgeschrägten Außenkanten auf. Der Wickelkörper 2 ist als Ferritkern ausgebildet, wobei der Ferritkern zur elektrischen Isolation beispielsweise mit einer Beschichtung, insbesondere einer Kunststoffbeschichtung, versehen ist.
Die Drähte 6, 7 der Wicklungen 4, 5 sind als Flachdrähte ausgebildet. Beispielsweise weisen die Drähte 6, 7 einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Drähte 6, 7 weisen eine größere Seitenfläche und eine kleinere Seitenfläche auf und sind derart um den Wickelkörper 2 gewickelt, dass die Wickelachse annähernd senkrecht zur größeren Seitenfläche verläuft. Insbesondere sind die Drähte 6, 7 hochkant um den Wickelkörper 2 gewickelt. Aufeinanderfolgende Windungen 10 einer Wicklung 4 liegen eng, insbesondere spaltfrei, aneinander an. Somit entspricht die Steigung der Wicklung 4 der Drahtstärke. Eine derartige Wicklung 4, 5 ermöglicht in der elektrischen Anwendung hohe Stromstärken bei hoher Induktivität bedingt durch die hohe erzielbare Windungszahl.
Das Spulenbauelement 1 weist Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 zum elektrischen Anschluss auf. Zusätzlich dazu sind Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 als Tragelemente zum Aufstellen des Spulenbauelements 1 ausgebildet. Die Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 führen aus der zylindrischen Grundform der Wicklungen 4, 5 heraus. Beim Spulenbauelement 1 der 4A und 4B sind die Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 derart ausgebildet, dass die Wicklungen 4, 5 stehend auf einem Träger platziert werden können. Insbesondere verläuft die Wickelachse senkrecht zu einer Trägerfläche, auf die das Spulenbauelement 1 gestellt wird.
Zwei Anschlusselemente 21, 22 sind direkt von den Drahtenden 12, 13 gebildet. Zwei weitere Anschlusselemente 23, 24 sind als separate Elemente an den Drahtanfängen 14, 15 befestigt. Bei Befestigung eines Anschlusselementes 23, 24 am Drahtanfang 14, 15 ist kein Herausführen des Drahtanfangs 14, 15 aus der Grundform der Wicklung 4, 5 erforderlich. Beispielsweise sind die separaten Anschlusselemente 23, 24 an der Wicklung 4, 5 angelötet. Die Befestigung kann auch auf andere Weise, beispielsweise durch ein Pressfit-Verfahren oder ein Verfahren der Oberflächenmontage erfolgen.
In einer alternativen Ausführungsform sind alle Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 von den Drahtenden 12, 13 und Drahtanfängen 14, 15 gebildet. Weiterhin alternativ können alle Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 als separate Elemente ausgebildet sein, die an den Drahtenden 12, 13 und Drahtanfängen 14, 15 befestigt sind.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Spulenbauelements 1 in schräger Aufsicht.
Das Spulenbauelement 1 ist im Unterschied zum Spulenbauelement gemäß den 4A und 4B liegend angeordnet. Insbesondere weist das Spulenbauelement 1 Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 auf, mit denen das Spulenbauelement 1 so auf einen Träger gestellt werden kann, dass die Wicklungsachse der Wicklungen 4, 5 parallel zu einer Trägerfläche verläuft.
Wie beim Spulenbauelement 1 gemäß den 4A und 4B sind zwei Anschlusselemente 21, 22 direkt durch die Drahtenden 12, 13 gebildet. Zwei separate Anschlusselemente 23, 24 sind an den Drahtanfängen 14, 15, beispielsweise mittels eines Lotes 37, befestigt. Alternativ können auch alle Anschlusselemente 21, 22, 23, 24 von den Drahtenden 12, 13 und Drahtanfängen 14, 15 gebildet sein oder an den Drahtenden 12, 13 und Drahtanfängen 14, 15 befestigt sein.
Anhand der 6A bis 6D wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines Spulenbauelements, beispielsweise eines Spulenelements gemäß den 1 bis 5, beschrieben.
Es wird ein Wickelkörper 2 bereitgestellt, der in 6A in einem Querschnitt zu sehen ist. Der Wickelkörper 2 weist eine geschlossene Rahmenform auf. Insbesondere ist der Wickelkörper 2 als rechteckiger Rahmen ausgebildet. Es sind auch andere Formen, beispielsweise eine Ringform oder eine D-Form möglich. Der Wickelkörper 2 kann auch andere Formen als eine Rahmenform aufweisen, beispielsweise stabförmig ausgebildet sein. Der Wickelkörper 2 wird in ein Werkzeug 30 eingelegt, insbesondere in eine Aussparung im Werkzeug 30.
Es wird ein Draht 6 in eine Führung 25 des Werkzeuges 30 eingelegt und in Pfeilrichtung nach vorne geschoben. Die Führung 25 ist passgenau zum Draht 6 ausgebildet. Der Draht 6 kann beispielsweise einen runden oder einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise handelt es sich um einen Flachdraht, der hochkant auf den Wickelkörper 2 gewickelt wird. Insbesondere kann es sich um einen Kupferdraht, vorzugsweise um einen Kupferlackdraht handeln. Zum Vorschub des Drahtes ist beispielsweise ein Schieber (nicht abgebildet) vorgesehen, der den Draht 6 noch vorne schiebt.
Die Führung 25 weist einen geradlinigen Abschnitt 26 und einen gebogenen Abschnitt 27 auf. Der gebogene Abschnitt 27 ist als Biegungsgeber 28 ausgebildet. Der Draht 6 wird durch den geradlinigen Abschnitt 26 zum Wickelkörper 2 vorgeschoben, beispielsweise an eine Außenseite des Wickelkörpers 2 herangeführt.
Wie in 6B zu sehen ist, läuft der Draht 6 anschließend in den gebogenen Abschnitt 27 hinein und läuft dabei gegen eine Wand des gebogenen Abschnitts 27 an. Dadurch wird eine Biegung des Drahtes 6 in Richtung einer Öffnung 32 im Wickelkörper 2 erzeugt. Insbesondere wird der Draht 6 auf eine Kreisform abgelenkt und dabei um einen Abschnitt 33 des Wickelkörpers 2 herumgeführt. Somit wird durch den Biegungsgeber 28 eine Windung des Drahtes 6 um den Wickelkörper 2 erzeugt. Der Biegungsgeber 28 fungiert insbesondere als Umformkulisse.
Die Führung 26 und insbesondere der Biegungsgeber 27 sind beispielsweise derart ausgebildet, dass der Draht 6 während des Wickelvorgangs nicht mit dem Wickelkörper 2 in Berührung kommt. Insbesondere ist der Draht 6 während des Wickelvorgangs vom Wickelkörper 2 beabstandet.
Alternativ kann der Draht 6 so dicht am Wickelkörper 2 anliegen, dass er mit dem Wickelkörper 2 in Berührung kommt. Dabei können durch das Entlangschrauben der Windungen 10 am Wickelkörper 2 schraubenförmige Kratzspuren des Drahtes 6 auf dem Wickelkörper entstehen. Im Gegensatz dazu entstehen bei bekannten Verfahren, bei denen die Windungen um den Wickelkörper gelegt werden, ohne dass ein Drehen der Windungen um den Wickelkörper erfolgt, beispielsweise Druckstellen am Wickelkörper und/oder am Draht.
In einer alternativen Ausführungsform werden zur Erzeugung einer Biegung des Drahtes 6 anstelle einer durchgehenden Führung 25 einzelne Finger eingesetzt, wobei der Draht beim Vorschub gegen die Finger anläuft und von diesen auf eine Kreisbahn abgelenkt wird.
Weiterhin kann alternativ die Führung derart ausgebildet sein, dass der geradlinige Abschnitt von vorne durch die Öffnung 32 im Wickelkörper 2 führt und der gebogene Abschnitt 27 dann nach außen um den Wickelkörper 2 herumführt. Somit wird in diesem Fall der Draht von innen nach außen um den Wickelkörper 2 gewickelt.
Zusätzlich zur Biegung des Drahtes 6 in der Ebene wird eine Steigung des Drahtes 6 aus der Ebene heraus erzeugt. Dazu weist die Führung 25 beispielsweise eine entsprechende Steigung auf, so dass die Führung 25 gleichzeitig als Steigungsgeber 29 fungiert. Die Führung 25 kann insbesondere schraubenförmig um einen Abschnitt des Wickelkörpers 2 herumlaufen. Alternativ kann eine Steigung des Drahtes 6 beispielsweise durch einen separaten Steigungsgeber erzeugt werden.
Der Draht 6 wird weiter vorgeschoben, so dass sich der Drahtanfang 14 um den Abschnitt 33 des Wickelkörpers 2 schraubt, bis die gesamte Wicklung des Drahtes 6 erzeugt ist.
6C zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Spulenbauelement 1 nach der Erzeugung aller Windungen 10.
Der Drahtanfang 14 bildet den stirnseitigen Abschluss der zylindrischen Grundform der Wicklung 4. Das Drahtende 12 weist einen linearen Verlauf auf und führt aus der Grundform der Wicklung 4 heraus.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Drahtanfang 14 aus der Grundform der Wicklung 4 herausgebogen. Auf diese Weise kann der Drahtanfang 14 als Anschlusselement und/oder als Tragelement fungieren.
6D zeigt den Schritt des Herausbiegens des Drahtanfangs 14 zur Bildung eines Anschlusselements 23.
Hierzu weist das Werkzeug 30 ein Umformelement 31 auf, das beispielsweise als Platte oder Finger ausgebildet wird. Das Umformelement 31 wird zum Drahtanfang 14 geführt, so dass es am Drahtanfang 14 anschlägt und den Drahtanfang 14 aus der Windungsgeometrie heraus nach außen drückt. Dabei können auch Gegenanschläge vorgesehen sein, gegen die der Drahtanfang 14 gedrückt wird.
Das Werkzeug 30 kann auch mehrere Umformelemente 31 aufweisen, die beispielsweise nacheinander von verschiedenen Seiten auf den Drahtanfang 14 einwirken und diesen in die gewünschte Form biegen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch das Drahtende 12 nach dem Wickelvorgang durch ein oder mehrere Umformelemente umgeformt werden.
Vorzugsweise ist beim Umformen des Drahtanfangs 14 und/oder des Drahtendes 12 die Wicklung 4 zumindest bereichsweise noch in der Führung 25 aufgenommen. In diesem Fall kann durch die Führung 26 eine Gegenkraft aufgebracht werden.
In einer alternativen Ausführungsform werden ein oder mehrere separate Anschlusselemente am Drahtanfang und/oder Drahtende befestigt, insbesondere angelötet.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann gleichzeitig eine Wicklung eines weiteren Drahtes um einen weiteren Abschnitt, beispielsweise einen gegenüberliegenden Abschnitts, des Wickelkörpers 2 erzeugt werden. Dazu können eine weitere Führung, ein weiterer Biegungsgeber und ein weiterer Steigungsgeber vorhanden sein.
Mit dem beschriebenen Verfahren ist es möglich, einen Wickelkörper automatisiert mit einem Draht zu bewickeln. Insbesondere kann auch das Umformen des Drahtanfangs und/oder des Drahtendes automatisiert erfolgen. Durch die zunehmende Miniaturisierung in der Elektronik bei gleichzeitig steigenden Strömen werden die Spulenkerne bei zunehmender Drahtstärke immer kleiner. Das beschriebene Verfahren ermöglicht insbesondere auch ein automatisiertes Bewickeln kleiner geschlossener Kerne mit einem dicken Draht, wie beispielsweise in 2 gezeigt. Der Draht kann beliebige Querschnitte aufweisen, insbesondere einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt.
Zur Erzeugung der Wicklung wird kein Wickeldorn, insbesondere kein mitdrehender oder feststehender Wickeldorn benötigt. Insbesondere ist der Wickelkörper während des Wickelvorgangs feststehend. Weiterhin kann der Draht berührungsfrei zum Wickelkörper gewickelt werden. Dies ermöglicht beispielsweise das Aufbringen einer Wicklung direkt auf einen Ferritkern, ohne dass ein zusätzliches Gehäuse oder eine Bandagierung zum Schutz des Kerns benötigt wird. Auch die Anforderungen an die Festigkeit eines Lackes auf dem Draht können im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem der Draht um einen Wickeldorn gezogen wird, verringert sein.
Bezugszeichenliste

1: Spulenbauelement
2: Wickelkörper
3: äußere Umfangslinie
4: Wicklung
5: Wicklung
6: Draht
7: Draht
8: Spalt
9: Spalt
10: Windung
11: Windung
12: Drahtende
13: Drahtende
14: Drahtanfang
15: Drahtanfang
16: Träger
17: Spalt
18: Spalt
19: Wickelachse
20: Außenkante
21: Anschlusselement
22: Anschlusselement
23: Anschlusselement
24: Anschlusselement
25: Führung
26: geradliniger Abschnitt
27: gebogener Abschnitt
28: Biegungsgeber
29: Steigungsgeber
30: Werkzeug
31: Umformelement
32: Öffnung
33: Abschnitt
34: Abschnitt
35: Gehäuse
36: Trennsteg
37: Lot

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2011/015491 A1 [0002]
DE 3540098 A1 [0002]

Claims

Spulenbauelement aufweisend einen Wickelkörper (2) und wenigstens eine Wicklung (4, 5) eines Drahtes (6, 7), wobei die Wicklung (4, 5) wenigstens eine Windung (10, 11) des Drahtes (6, 7) um den Wickelkörper (2) aufweist und wobei die Geometrie der Windung (10, 11) eine Drehung der Windung (10, 11) um den Wickelkörper (2) erlaubt, und aufweisend wenigstens ein Anschlusselement (21, 22, 23, 24) zum elektrischen Anschluss des Spulenbauelements (1), wobei das Anschlusselement aus einer Grundform der Wicklung herausragt.
Spulenbauelement nach Anspruch 1, bei dem das Anschlusselement (21, 22, 23, 24) von einem Drahtanfang (14, 15) und/oder einem Drahtende (12, 13) der Wicklung (4, 5) gebildet wird.
Spulenbauelement nach Anspruch 1, bei dem das Anschlusselement (21, 22, 23, 24) an einem Drahtanfang (14, 15) und/oder einem Drahtende (12, 13) der Wicklung (4, 5) befestigt ist.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aufeinander folgende Windungen (10, 11) aneinander anliegen.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen der Windung (10, 11) und dem Wickelkörper (2) wenigstens ein Spalt (8, 9) ausgebildet ist.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wickelkörper (2) im Querschnitt eine äußere Umfangslinie (3) aufweist, die sich in ihrer Geometrie von der Form der Windung (10, 11) in der Aufsicht unterscheidet.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Windung (10, 11) in der Aufsicht eine Kreisform aufweist.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wickelkörper (2) im Querschnitt eine äußere Umfangslinie (3) mit Ecken aufweist.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wickelkörper (2) ringförmig ausgebildet ist.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wicklung (4, 5) eine zylindrische Grundform aufweist.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wickelkörper (2) als geschlossener Rahmen ausgebildet ist.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wickelkörper (2) als Spulenkern zur Erhöhung der Induktivität ausgebildet ist.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Anschlusselement (21, 22, 23, 24) zur PTH-Montage an einer Leiterplatte ausgebildet ist.
Spulenbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Anschlusselement (21, 22, 23, 24) zur SMD-Montage an einer Leiterplatte ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Wicklung eines Spulenbauelements, aufweisend die Schritte: A) Bereitstellen eines Wickelkörpers (2) und eines Drahtes (8, 9) B) Heranführen des Drahtes (8, 9) an den Wickelkörper (2) C) Biegen des Drahtes (8, 9) durch Entlangschieben des Drahtes (8, 9) an einem Biegungsgeber (28) und dabei Ausbildung wenigstens einer Windung (10, 11) des Drahtes (8, 9) um den Wickelkörper (2) zur Ausbildung einer Wicklung (4, 5), D) Bildung eines Anschlusselements (21, 22, 23, 24) zum elektrischen Anschluss des Spulenbauelements (1), wobei das Anschlusselement (21, 22, 23, 24) aus einer Grundform der Wicklung (4, 5) herausragt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Drahtanfang (14, 15) um den Wickelkörper (2) gedreht wird bis alle Windungen (10, 11) der Wicklung (4, 5) erzeugt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei das Anschlusselement (21, 22, 23, 24) durch einen Drahtanfang (14, 15) und/oder ein Drahtende (12, 13) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei in Schritt D) der Drahtanfang (14, 15) oder das Drahtende (12, 13) zur Bildung des Anschlusselements umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei das Anschlusselement (21, 22, 23, 24) am Drahtanfang (14, 15) und/oder Drahtende (12, 13) befestigt wird.
Spulenbauelement, zu dessen Herstellung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19 verwendet wird.