DE102015000299A1

DE102015000299A1 - Halte- und Führungselement für Impuls- oder Wieganddrähte

Info

Publication number: DE102015000299A1
Application number: DE102015000299.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Theil; Walter Mehnert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2016-07-14

Abstract

Impuls- und Wieganddrähte werden heute als elektrische Spannungsquelle für autonome, absolute Sensoren wie z. B. Umdrehungszähler (DE 102 59 223 B3 oder EP 2 221 587 A2) benutzt. Um die gewünschten Eigenschaften der Drähte in der Anwendung nicht zu beeinflussen, wird ein aus Impuls- oder Wieganddraht, umschließender Spule und Befestigungselementen bestehendes Modul aufgebaut, in dem der Impuls- oder Wieganddraht nahezu kräftefrei gehalten wird. Ein besonders für eine automatische Fertigung in großen Stückzahlen geeigneter und preiswerter Aufbau wird vorgestellt.

Description

Impuls- und Wieganddrähte werden heute vielfach als elektrische Spannungsquelle für autonome, absolute Sensoren wie z. B. Umdrehungszähler ( DE 102 59 223 B3 oder EP 2 221 587 A2 ) benutzt.
In einem sogenannten Wiegandmodul werden die Impuls- bzw. Wieganddrähte von einer Spule umschlossen, die bei Auslösung des Drahtes durch ein Fremdmagnetfeld einen Spannungsimpuls liefert, mit dem z. B. eine Zählelektronik gespeist wird. Je enger die Spule den Draht umschließt, umso größer ist die magnetische Kopplung. Windungen in der Nähe des Impuls- bzw Wieganddrahtes bringen mehr EMK als drahtferne. Auch wird bei gleicher Windungszahl und Drahtstärke damit der Innenwiderstand der Spule sowie die damit verbundenen unvermeidlichen Verluste geringer. Trotzdem empfiehlt es sich nicht, die Spule direkt auf den Impuls- oder Wieganddraht zu wickeln, weil durch die dabei auftretenden Kräfte dann die Gefahr besteht, dass dessen auf der Magnetostriktion beruhende Funktion nicht mehr gewährleistet ist oder zumindestens verschlechtert wird. Auf jeden Fall gilt die Forderung, dass das Spuleninnere so nah wie möglich an dem Impuls- bzw. Wieganddraht liegt.
Bei dem angepeilten Massenmarkt spielen insbesondere die Kosten eine dominante Rolle. In erster Näherung gilt: Je größer ein Bauteil ist, umso höher sind seine Kosten. Daneben müssen auch kostspielige Montagearbeiten vermieden werden. Heute wird die Spule aus Backlackdraht auf einem Dorn gewickelt und elektrisch verklebt. Bei dem Herausnehmen des Dorns werden oft die innersten Windungen der Spule verletzt. In das Spuleninnere wird anschließend ein Glasröhrchen geschoben, in dem sich z. B. der Wieganddraht befindet. Leider kann die Spule nicht direkt auf das empfindliche Glasröhrchen gewickelt werden, weil dieses aufgrund seiner geringen Dimensionen (Außendurchmesser ungefähr 0,5–0,6 mm und Wandstärke 0,1–0,15 mm) für einen automatischen Wickelvorgang nicht gut verarbeitbar ist.
Glas bietet andererseits als Isolator wegen möglicher Spulenkurzschlüsse große Vorteile. Ein metallisches Röhrchen kann dagegen gut verarbeitet werden und löst erfindungsgemäß mit einem elektrisch isolierendem Oxid das anstehende Problem ebenfalls einwandfrei. Zusätzlich sollte die Oberflächenrauhigkeit der Röhrchen kleiner als 5 μm betragen. Damit kann auf jeden Fall verhindert werden, dass bei der innersten Windungslage der Spule die dünne Isolation des Spulenkupferdrahtes durchstochen wird, was wiederum zu Windungsschlüssen führen könnte.
Die vorgeschlagene Legierung aus Nickel-Titan ist auch als dünnes Röhrchen äußerst formstabil, so dass über die Funktion als Führungsteil für den Impuls- bzw. Wieganddraht und als Träger für die Spule damit auch zwei getrennte Spulenkörperteile aus Kunststoff verbunden werden können. Diese Verbindung kann wie im Beispiel gezeigt durch Einpressen (kraftschlüssig), sie kann aber auch durch Einspritzen (formschlüssig) oder nachträgliches Einkleben erfolgen. Diese zwei Spulenkörperteile dienen dann sowohl als Begrenzungselemente für die Spulenwicklung selbst als auch als Träger und Befestigungselemente für die Montage und den späteren Anschluss des Moduls z. B. auf einer Platine. Dies ist insbesondere von kostensparendem Vorteil, weil dann auf einen teuren Backlackdraht verzichtet und ein normaler Kupferlackdraht direkt auf das Röhrchen gewickelt und mit den Spulenkörperteilen fixiert und kontaktiert werden kann.
1 zeigt in einem Anwendungsbeispiel die perspektivische Seitenansicht eines vollständigen Wiegand-Moduls (1) und die 2 einen Querschnitt eines solchen Moduls. Die Die Zeichnungen sind nicht maßstäblich und in 2 sind die Zuleitungen zur Spule aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen. Aus dem gleichen Grund ist der Spalt zwischen dem Impuls- bzw. Wieganddraht und dem Röhrchen stark vergrößert dargestellt.
Wie sowohl in der 1 als auch in der 2 gezeigt ist, besitzt das Wiegand-Modul (1) zwei gleiche Spulenhalterteile (2) aus Kunststoff, die durch das Halte- und Führungselement (3) kraftschlüssig durch Einpressen verbunden sind. Die auf das Halte- und Führungselement direkt gewickelte mehrlagige Kupferlackdrahtspule (4) ist mit ihren Drahtenden (5) auf der Unterseite der Spulenhalterteile (2) jeweils in einem Schlitz geklemmt und durch Entfernung der Lackschicht für die Kontaktierung auf einer Platine vorbereitet. Natürlich sind anstelle der Klemmung auch anderer gängige Verfahren für die Fixierung der Drahtenden wie z. B. Ultraschallschweißen denkbar. Auch können und sollten die entsprechenden Flächen (8) der Kunststoffelemente (2) für eine bessere Verlötung auf der Platine entsprechend metallisiert sein. Für eine genauere Positionierung des gesamten Moduls (1) auf der Platine können die Spulenhalterteile (2) zusätzlich mit entsprechenden Kunststoffnasen oder -stiften (7) versehen sein.
Sollte es aus magnetischen Gründen notwendig sein, die Enden des Wiegand- oder Impulsdrahtes mit Hilfe von Ferritperlen (9) magnetisch zu stabilisieren, so können diese Elemente gleich in den Kunststoffkörper eingelegt oder sogar mit eingespritzt sein. Generell sind durch die flexible Gestaltung der Kunststoffelemente viele an eine jeweilige Anwendung angepasste Formen denkbar, ohne dass der Erfindungsgedanke dadurch berührt wird.
In dem Halte- und Führungselement befindet sich der Impuls- bzw. Wieganddraht (6). Dieser kann durch verkleben (z. B. wie gezeigt mit je einen Tropfen Silikonkleber (10) an den Enden) am Herausfallen gehindert werden. Gleichzeitig dichtet der Kleber den Innenraum des Röhrchens gegen Verschmutzungen oder Eindringen von Flüssigkeiten ab. Ein dauerhaft flexibel bleibender Kleber sorgt mit Sicherheit dafür, dass keine die Funktion des Impuls- oder Wieganddraht beeinträchtigende Kräfte ausgeübt werden können. Da aber der Ausdehnungskoeffizient von Impuls- oder Wieganddrähten nahezu identisch mit dem des metallischen Röhrchens ist, wäre auch ein direktes Verschweißen an einem oder auch beiden Enden möglich.
Überall dort, wo ein solches Wiegandmodul eingesetzt werden soll, steht damit ein einfaches und damit preiswertes Element auch für eine automatische Bestückung zur Verfügung. Die je nach Anwendung unter Umständen unterschiedlich notwendigen Ausführungen mit verschiedenen Windungszahlen, Impuls- oder Wieganddrahtlängen sowie den Ausformungen der Befestigungselemente lassen sich durch einfache und kostensparende Anpassung einzelner Teile wie z. B. die Länge oder der Durchmesser des Röhrchens jederzeit realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Modul Gesamtaufbau
2: Spulenhalterteil
3: Halte- und Führungselement
4: Kupferlackdrahtspule
5: Drahtende der Kupferlackdrahtspule
6: Impuls- oder Wieganddraht
7: Nase bzw. Stift für Positionierung
8: Kontaktfläche für Lötvorgang
9: Ferritperle
10: Kleber (z. B. Silikon)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10259223 B3 [0001]
EP 2221587 A2 [0001]

Claims

Halte- und Führungselement für Impuls- oder Wieganddrähte mit umschlossener Spule, dadurch gekennzeichnet, dass das Halte- und Führungselement den Impuls- bzw. Wieganddraht röhrchenförmig umschließt, aus nicht- oder schwachmagnetischem Metall besteht und ein elektrisch isolierendes Oxyd bildet.
.... nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall aus einer Nickel-Titanlegierung besteht.
.... nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung aus 50% Nickel und 50% Titan besteht.
.... nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenrauhigkeit des Halte- und Führungselementes kleiner 5 μm beträgt.
.... nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halte- und Führungselement die Spulenkörperteile verbindet.
.... nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung kraftschlüssig erfolgt.