DE102020110917A1

DE102020110917A1 - Spule mit geöffneten Anwicklungen

Info

Publication number: DE102020110917A1
Application number: DE102020110917.2A
Authority: DE
Inventors: Nikolaj Zulun
Original assignee: Neosid Pemetzrieder GmbH and Co KG
Current assignee: Neosid Pemetzrieder GmbH and Co KG
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2021-10-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine induktive Spule mit einer Wicklung (2, 101, 102, 103) aus einem elektrisch leitenden Draht (6, 111, 112, 113), einer Spulenwicklung (5, 101.2, 102.2, 103.2) der Wicklung (2, 101, 102, 103) und einer Anwickelstelle (10) zur Aufnahme einer Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) der Wicklung (2, 101, 102, 103), wobei der Draht (6, 111, 112, 113) der Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) an der Anwickelstelle (10) durchtrennt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine induktive Spule mit mindestens einer Wicklung aus einem elektrisch leitenden Draht, einer Spulenwicklung der Wicklung und einer Anwickelstelle zur Aufnahme einer Anwicklung der Wicklung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen induktiven Spule, wobei der Draht der Anwicklung um die Anwickelstelle gewickelt wird.
Die Erfindung findet beispielsweise Einsatz beim Erzeugen, Übertragen und Detektieren von magnetischen Feldern als Empfangs- und/oder Sendeantenne, wie sie beispielsweise im Mobilfunkgerätebereich, bei schlüssellosen Zutrittskontroll-Systemen oder in magnetischen Ortungssystemen eingesetzt werden, oder als Drossel zur Begrenzung von Strömen.
Gattungsgemäße Spulen werden als elektrische Bauteile aus einem elektrisch leitenden Draht hergestellt, welcher eine Wicklung bildet. Wesentlicher Teil dieser Wicklung ist eine Spulenwicklung, in welcher der Draht spiralförmig um eine Längsachse der Spulenwicklung verläuft. Diese Spulenwicklung reagiert auf entlang ihrer Längsachse einfallende EM-Strahlung am sensitivsten und kann entlang dieser Richtung am stärksten emittieren.
Neben der Spulenwicklung weist die Wicklung einer gattungsgemäßen Spule mindestens eine Anwicklung auf, welche zur Befestigung des Drahtes dient, so dass sich dieser nach dem Wickeln nicht löst und sich die Wicklung nicht abwickelt. Die Anwicklung wird bei bekannten Spulen von einer Anwickelstelle, welche zumeist Teil eines rahmenartigen oder platinenartigen Stützkörpers aus isolierendem Material ist, aufgenommen. Der Draht der Anwicklung wird um die Anwickelstelle gewickelt, wobei eine oder mehrere ringförmige, geschlossene Drahtschleifen um die Anwickelstelle entstehen. Dieser Wickelvorgang wird auch als Anwickeln bezeichnet.
Die durch das Anwickeln entstehende herkömmliche Anwicklung des Drahtes wirkt neben der Befestigung des Drahtes zudem wie eine weitere Spulenwicklung. Diese zusätzliche Wirkung der Anwicklung nach Art einer Spulenwicklung trägt zu unterschiedlichen Störfaktoren bei, welche sich jeweils negativ auf die Güte der gesamten Spule auswirken. So können durch die als weitere Spulenwicklung wirkenden Anwicklung beispielsweise verstärkt Wirbelstromverluste in der Spule auftreten. Ebenfalls kann es zu einer induktiven Kopplung der Spulenwicklung und der Anwicklung kommen, so dass unerwünschte Streuinduktivitäten auftreten. Die Güte der Spule wird durch diese Störfaktoren verringert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, eine induktive Spule mit verbesserter Güte anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einer induktiven Spule der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Draht der Anwicklung an der Anwickelstelle durchtrennt ist.
Der Draht der Anwicklung ist jener Bereich des die Wicklung bildenden Drahtes, welcher um die Anwickelstelle gewickelt ist und die Anwicklung bildet. Der Draht wird derart durchtrennt, insbesondere durchschnitten oder durchstanzt, dass neben einem Drahtanfang und einem Drahtende des die Wicklung bildenden Drahtes zusätzliche Drahtöffnungen entstehen, an denen der Draht durchtrennt ist. Der Draht besteht nach dem Durchtrennen aus mehreren Drahtstücken, welches insbesondere in der Anwicklung mehrere offene Drahtschleifen bilden. Die Anwicklung ist auf diese Weise nach Art einer geöffneten Anwicklung ausgebildet. Im Vergleich zu einer Spule mit einer geschlossenen Anwicklung werden elektrische Wirbelstromverluste und die Effekte einer induktiven Kopplung verringert oder verhindert. Durch das Durchtrennen wird die Güte der induktiven Spule verbessert.
Die Anwickelstelle kann Teil eines, insbesondere rahmenartigen oder platinenartigen, Stützkörpers sein. Der Stützkörper kann aus einem isolierenden Material gefertigt sein.
Bevorzugt weist die Anwickelstelle eine Anwickelausnehmung auf. Die Anwickelausnehmung kann nach Art einer Stanzmatrize eine Eintauchöffnung für ein Trennwerkzeug zum Durchtrennen des Drahtes der Anwicklung bereitstellen. Das Trennwerkzeug kann nach Art eines Stanzstempels mit der stanzmatrizenartigen Anwickelstelle zusammenwirken. Durch das Eintauchen kann der Draht in seinem Umfang aufgrund einer Zugbelastung strammgezogen werden, so dass ein Anlehnen an die Form der Anwickelstelle erzielt wird. Auf diese Weise kann ein stramm anliegender Draht der Anwicklung erzielt werden. Bei einer Spule mit mehreren Anwickelstellen kann auf diese Weise eine Koplanarität der Anwicklungen zueinander, insbesondere an der Unterseite der Spule, erzielt werden. Die Unterseite der Spule ist jene Seite, über welche die Spule verbaut wird, beispielsweise jene Seite, mit welcher die Spule an einer zu einem Schaltkreis gehörenden Leiterplatine anliegt.
In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Anwickelausnehmung taschenförmig, durchgangsförmig und/oder aussparungsförmig ausgebildet ist. Eine taschenförmige Anwickelausnehmung kann im Wesentlichen durch vier Wände sowie einen Boden nach Art einer Senke ausgebildet sein. Die taschenförmige Anwickelausnehmung kann auf diese Weise einseitig offen ausgebildet sein. Ein Trennwerkzeug zur Durchtrennung des Drahtes der Anwicklung kann auf diese Weise entlang einer Richtung durch die offene Seite in die Anwickelausnehmung eintreten. Eine durchgangsförmige Anwickelausnehmung kann im Wesentlichen durch vier Wände begrenzt sein. Im Unterschied zur taschenförmige Anwickelausnehmung weist sie keinen begrenzenden Boden auf. Ein Trennwerkzeug zur Durchtrennung des Drahtes der Anwicklung kann auf diese Weise entlang zweier entgegengesetzter Richtungen durch die offenen Seiten in die durchgangsförmige Anwickelausnehmung eintreten. Eine aussparungsförmige Anwickelausnehmung kann durch drei Wände begrenzt sein. Zusätzlich kann die aussparungsförmige Anwickelausnehmung durch einen Boden begrenzt sein. Die aussparungsförmige Anwickelausnehmung kann auf diese Weise zweiseitig offen ausgebildet werden. Ein Trennwerkzeug zur Durchtrennung des Drahtes der Anwicklung kann auf diese Weise durch die offenen Seiten in die Anwickelausnehmung eintauchen. Ein Akzeptanzbereich hinsichtlich der Richtung des Eintauchens kann zur Ermöglichung eines einfacheren Eintauchens des Trennwerkzeugs bereitgestellt werden. Vorzugsweise verlaufen mindestens zwei offene Seiten im Wesentlichen rechtwinklig zueinander. Insbesondere kann das Trennwerkzeug entlang einer zwischen den Flächennormalen zweier offenen Seiten liegenden Richtung in die Anwickelausnehmung eintreten. Die Anwickelausnehmung kann teils taschenförmig und teils aussparungsförmig ausgebildet sein. Bei einer teils taschenförmig und teils aussparungsförmig ausgebildeten Anwickelausnehmung kann eine der Wände die Anwickelausnehmung lediglich teilweise begrenzen. Auf diese Art und Weise kann eine Anwickelausnehmung erzielt werden, welche in einem oberen Bereich aussparungsförmig und in einem unteren Bereich taschenförmig ausgebildet ist.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Anwickelausnehmung an der Anwickelstelle entlang einer Radialrichtung radial nach innen verläuft. Eine radial nach innen verlaufende Anwickelausnehmung ermöglicht eine besonders einfache Werkzeugführung des Trennwerkzeugs beim Trennen des Drahtes der Anwicklung. Insbesondere kann ein Verkanten des Trennwerkzeugs gegenüber der Anwickelstelle beim Durchtrennen des Drahtes vermieden werden. Bei einer Anwickelstelle mit rundem oder ovalem Querschnitt weist die Radialrichtung entlang des Radius in Richtung des Inneren der Querschnittsfläche. Bei einer Anwickelstelle mit im Wesentlichen quadratischem oder rechteckigem Querschnitt weist die Radialrichtung parallel zu einer Seitennormalen des Querschnitts in Richtung der Querschnittsmitte. Bei einer im Wesentlichen quadratischen Anwickelstelle kann die Anwickelausnehmung entlang einer Seitenkante oder einer Seitenfläche der Anwickelstelle zentriert sein. Die Anwickelausnehmung kann sich entlang eins Drittels, bevorzugt entlang der Hälfte, der maximalen Abmessung der Anwickelstelle entlang der Radialrichtung radial nach innen erstrecken.
Besonders bevorzugt verjüngt sich die Anwickelausnehmung in Radialrichtung. Insbesondere bei einer Anwickelstelle mit im Wesentlichen kreisförmigem oder ovalem Querschnitt kann die sich in Radialrichtung verjüngende Anwickelausnehmung nach Art eines, insbesondere abgestumpften, Kreisausschnitts ausgebildet sein. Die Anwickelausnehmung kann sich in Radialrichtung entlang einer oder zweier im Wesentlichen orthogonal zur Radialrichtung verlaufenden Achse verjüngen.
Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der in der Anwicklung durchtrennte Draht vercrimpt, insbesondere in die Anwickelausnehmung hineingebogen ist. Durch das Vercrimpen kann der durchtrennte Draht an der Anwickelstelle befestigt werden. Durch ein Hineinbiegen des durchtrennten Drahtes in die Anwickelausnehmung kann der Draht auf besonders einfache Art und Weise an der Anwickelstelle befestigt werden. Der Rand der Anwickelausnehmung kann als Biegekante, über welche der durchtrennte Draht in die Anwickelausnehmung hineingebogen wird, ausgebildet sein. Der als Biegekante ausgebildete Rand der Ausnehmung kann entgratet, insbesondere mit einer Fase versehen oder abgerundet sein. Durch eine entgratete Biegekante kann eine Beschädigung des Drahtes beim Biegen vermieden werden. Zum Vercrimpen und insbesondere zum Hineinbiegen des Drahtes kann ein Crimpwerkzeug nach Art eines Stempels in die Anwickelausnehmung eintauchen.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in der Spulenwicklung der Wicklung ein Spulenkern angeordnet ist. Der Spulenkern kann die Spulenwicklung mechanisch stabilisierten. Hierzu hat sich insbesondere ein Spulenkern aus einem Kunststoff als vorteilhaft erwiesen. Alternativ kann der Spulenkern nach Art eines magnetischen Kerns ausgebildet sein. Bei gleichbleibenden Abmessungen der Spule kann durch einen ganz oder teilweise im Inneren der Spulenwicklung angeordneten Spulenkern nach Art eines magnetischen Kerns die Sensitivität und/oder die Sendestärke der Spule gesteigert werden. Alternativ kann bei gleichbleibender Sensitivität und/oder Sendestärke die Bauform der Spule mit Spulenkern im Vergleich zu einer kernlosen Luft-Spule verringert werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass sich die Anwickelstelle axial an den Spulenkern anschließt. Die Anwickelstelle kann sich insbesondere entlang der Längsachse der Spulenwicklung axial an den Spulenkern anschließen. Auf diese Weise kann eine stabförmige Spule erzielt werden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass an den diametral gegenüberliegenden Enden des Spulenkerns je eine Anwickelstelle angeordnet ist. Anwickelausnehmungen dieser Anwickelstelle verlaufen vorzugsweise entlang im Wesentlichen quer zur Längsachse der Spulenwicklung verlaufenden Radialrichtungen. Die Radialrichtungen der Anwickelausnehmungen der an diametral gegenüberliegenden Enden des Spulenkerns befindlichen Anwickelstellen können parallel zueinander ausgerichtet sein. Auf diese Weise kann eine quer zur Längsachse der Spulenwicklung rotationssymmetrische Spule erzielt werden.
In vorteilhafter Weise sind die Anwickelstelle und der Spulenkern einteilig ausgebildet. Durch die einteilige Ausbildung der Anwickelstelle und des Spulenkerns kann auf einfache Weise auf weitere Komponenten, wie beispielsweise ein Stützrahmen, verzichtet werden. Die Spulenwicklungen können direkt auf den Spulenkern gewickelt sein. Sie können einlagig und/oder mehrlagig ausgebildet sein. Die Herstellung der Spule kann auf diese Weise vereinfacht werden. Die Anwickelstelle und der Spulenkern können aus dem gleichen Material bestehen, insbesondere geformt werden. Die Anwickelstelle und der Spulenkern können gemeinsam aus einem Material hergestellt werden, beispielsweise gefräst oder gemeinsam gegossen werden. Gleichwohl können bei der induktiven Spule weitere Komponenten verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Spulenkern einen Spulenbereich zur Aufnahme der Spulenwicklung auf. Um den Spulenbereich kann die Spulenwicklung bei der Herstellung der induktiven Spule gewickelt werden. Auf diese Weise kann die Wicklung direkt auf den Spulenkern gewickelt werden. Auf zusätzliche Stützrahmen kann in fertigungstechnisch einfacher Art und Weise verzichtet werden. Gleichwohl können Stützrahmen bei der induktiven Spule zum Einsatz gelangen.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn zwei, insbesondere vier, Zwischenrippen den Spulenbereich axial begrenzen. Die Zwischenrippen können ein Verrutschen der Spulenwicklung auf dem Spulenkern auf einfache Weise verhindern. Die Zwischenrippen könnten in Umfangsrichtung um den Spulenkern verlaufen. Jeweils mindestens eine Zwischenrippe kann an den diametralen Enden des Spulenbereichs angeordnet sein. Die Zwischenrippen können, insbesondere paarweise, entlang des Umfangs des Spulenkerns verteilt angeordnet sein, insbesondere mit einem Winkelversatz von 180°. In vorteilhafter Weise sind die Zwischenrippen einteilig mit dem Spulenkern ausgebildet.
Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Spulenkern, insbesondere dem Spulenbereich, und der Anwickelstelle ein Vorsprung ausgebildet ist. Der Vorsprung kann zur radialen Festlegung der Position der Spulenwicklung dienen. Bei einer Spule mit ein oder mehreren Anwickelstellen kann zwischen dem Spulenkern und jeder Anwickelstelle ein Vorsprung vorhanden sein. Der Vorsprung kann durch eine radiale Größenänderung der Spule gebildet werden. Die Größe des Vorsprungs kann, insbesondere entlang des Umfangs der Spule, unterschiedlich stark ausgeprägt sein. In vorteilhafter Weise kann der Vorsprung an der Unterseite der Spule am größten sein. Auf diese Wiese kann die Spule an ihrer Unterseite einen Abstand zwischen der Spulenwicklung und der Anwickelstelle entlang des Vorsprungs aufweisen, so dass die Spulenwicklung, insbesondere auch bei einer mehrlagigen Spulenwicklung, nicht mit einer Leiterplatine oder dergleichen, auf welche die Spule verbaut werden soll, aufliegt. An der Oberseite der Spule kann der Vorsprung am kleinsten sein, insbesondere kann der Vorsprung an der Oberseite der Spule verschwinden. Mit einem an der Oberseite der Spule verschwindenden Vorsprung kann eine oberseitig plane Ausgestaltung des Spulenkerns und der Anwickelstelle erzielt werden.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Anwickelstelle mindestens einen Falz aufweist. Durch einen Falz kann die Anwicklung zusätzlich an der Anwickelstelle gegen Verrutschen gesichert werden. Der Falz kann sich vorteilhafterweise an dem spulenendseitigen Endbereich der Anwickelstelle befinden. Zusammen mit einer Zwischenrippe kann der Falz die Anwickelstelle axial begrenzen. Auf diese Weise kann insbesondere eine Ausbildung der Anwickelstelle nach Art einer insbesondere in Umfangsrichtung verlaufenden Nut erzielt werden. Der Falz kann einteilig mit der Anwickelstelle und insbesondere dem Spulenkern ausgebildet sein. Der Falz kann insbesondere nach Art einer Zwischenrippe, insbesondere wie diese obenstehend beschrieben ist, ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Spule an ihren diametral entlang der Längsachse gelegenen Enden durch je einen Falz abgeschlossen wird.
Die Anwickelstellen kann eine entlang ihres Umfangs verlaufende Umfangsnut aufweisen. Die Umfangsnut kann den Draht beim Anwickeln aufnehmen.
Die Anwickelstelle kann sich entlang einer vom Spulenkern wegweisenden Richtung entlang einer Längsachse der Anwickelstelle verjüngen. Vorteilhafter Weise kann die Anwickelstelle eine Umfangsnut aufweisen, welche insbesondre einseitig durch den Spulenkern und/oder eine Zwischenrippe und auf der anderen Seite durch einen Falz begrenzt ist. Auf diese Weise kann eine im Wesentlichen rechteckige Umfangsnut erzielt werden.
Die Anwickelstelle kann sich entlang einer vom Spulenkern wegweisenden Richtung entlang einer Längsachse der Anwickelstelle aufweiten. Vorteilhafter Weise kann die Anwickelstelle eine Umfangsnut aufweisen, einseitig durch den Spulenkern und/oder eine Zwischenrippe und sich auf der anderen Seite durch die sich nach außen hin aufweitende Form der Anwickelstelle begrenzt ist. Auf diese Weise kann eine Umfangsnut mit im Wesentlichen dreieckförmigem Querschnitt erzielt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Spule Anwickelstellen unterschiedlicher Anwickelstellentypen auf, insbesondere zwei unterschiedliche Anwickelstellentypen. Die Anwickelstellentypen können sich in ihrer Form voneinander unterscheiden. Dies ist für eine automatische Anwicklung von Vorteil. Die Anwickelstellen eines ersten Anwickelstellentyps können zur Anwicklung eines sich an den Drahtanfang anschließenden Bereichs des Drahtes einer Wicklung dienen. Die Anwickelstellen eines zweiten Anwickelstellentyps können zur Anwicklung eines im Drahtende mündenden Bereichs des Drahtes einer Wicklung dienen. Vorteilhafter Weise ist einer der Anwickelstellentypen, insbesondere der zweite, falzlos ausgebildet. Eine falzlose Anwickelstelle ist von Vorteil für eine manuelle Anwicklung.
In vorteilhafter Weise besteht der Spulenkern aus einem hochpermeablen und/oder weichmagnetischen Material. Durch den Spulenkern kann das Magnetfeld der Spulenwicklung auf einfache Weise verstärkt werden. Hystereseverluste und Wirbelstromverluste können durch die Verwendung eines weichmagnetischen Materials auf einfache Weise geringgehalten werden. Der Spulenkern kann aus einem Ferrit-Kunststoff-Gemisch bestehen.
Weiter vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Spulenkern aus, insbesondere gesintertem, ferromagnetischem Material besteht. Ferromagnetisches Material, insbesondere ein Ferrit, hat sich als besonders vorteilhaft zur Erzielung einer hohen Permeabilität erwiesen. Durch die Verwendung eines gesinterten Materials kann die Permeabilität des Spulenkerns zusätzlich gesteigert werden. In bevorzugter Weise kann der gesamte Spulenkern gänzlich aus gesintertem Ferrit hergestellt sein.
Der Spulenkern kann als Hohlkern mit einem hohlen Innenraum ausgebildet sein. Der Hohlkern kann aus mehreren Segmenten zusammengesetzt oder ein einteiliger Hohlkern sein. In vorteilhafter Weise weist der Hohlkernkern eine Wandstärke im Bereich von 1 bis 3 mm, insbesondere von 1,5 mm, auf.
Bevorzugt ist der um die Anwickelstelle gewickelte Draht der Anwicklung, insbesondere vollumfänglich, metallisiert. Die Anwickelstelle kann insbesondere auf ihrer Unterseite, welcher der Anwickelausnehmung radial gegenüberliegt, metallisiert sein. Über die Metallisierung, insbesondere eine Verzinnung, kann bei einem Einbau der Spule in einen Schaltkreis eine elektrisch leitende Verbindung zu dem Schaltkreis hergestellt werden. Die Spule mit metallisierter Anwicklung kann insbesondere nach Art eines SMD-Bauteils in einen Schaltkreis eingebaut und mit diesem verbunden werden. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Spule im Schaltkreis kann zusätzlich zu einem Anlöten der metallisierten Anwicklung eine Klebeverbindung zwischen der Spule und einer der Schaltkreis tragenden Leiterplatte hergestellt werden. Durch eine vollumfängliche, d. h. um die Anwickelstelle umfänglich verlaufende, Metallisierung des Drahtes, insbesondere der nicht an der Anwickelstelle anliegenden Seite des Drahtes, kann eine elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Drahtschleifen der Anwicklung erzielt werden. Bei einer bereits vor dem Durchtrennen erfolgenden Metallisierung kann zudem zu einer verbesserten Stabilität der Drahtschleifen während des Durchtrennens beitragen. Insbesondere bei der Verwendung eines dünnen Drahtes, d. h. mit einem Durchmesser von im Wesentlichen 300 µm und weniger, kann die durch die Metallisierung erzielte Stabilitätsverbesserung einem unbeabsichtigten Abreißen des Drahtes, insbesondere während des Durchtrennens, entgegenwirken.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer induktiven Spule der eingangs genannten Art wird zur Lös u n g der vorstehenden Aufgabe vorgeschlagen, dass der um die Anwickelstelle gewickelte Draht der Anwicklung durchtrennt wird.
Der Draht wird derart durchtrennt, insbesondere durchschnitten oder durchstanzt, dass neben einem Drahtanfang und einem Drahtende des die Wicklung bildenden Drahtes zusätzliche Drahtöffnungen entstehen, an denen der Draht durchtrennt ist. Der Draht besteht nach dem Durchtrennen aus mehreren Drahtstücken, welche insbesondere in der Anwicklung mehrere offene Drahtschleifen bilden. Die Anwicklung wird auf diese Weise nach Art einer geöffneten Anwicklung hergestellt. Im Vergleich zu einer Spule mit geschlossener Anwicklung werden elektrische Wirbelstromverluste und die Effekte einer induktiven Kopplung verringert oder verhindert. Durch das Durchtrennen wird die Güte der induktiven Spule verbessert.
Die in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen induktiven Spule beschriebenen Merkmale können einzeln oder in Kombination auch bei dem Verfahren zur Anwendung kommen. Es ergeben sich die gleichen Vorteile, welche bereits beschrieben wurden.
In vorteilhafter Weise wird die Spule beim Durchtrennen des Drahtes der Anwicklung mittels einer Zentrierhilfe, insbesondere einer diagonalen und/oder an der Unterseite eines Spulenkerns oder eines Stützkörpers angeordneten Zentriernut, gehalten. Ein positionsgenaues und reproduzierbares Zusammenwirken eines Trennwerkzeugs mit der Anwickelstelle kann auf einfache Weise erzielt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Spulenkern mittels eines Spritzverfahrens hergestellt. Auf eine mechanische Nachbearbeitung, insbesondre zum Entgraten von Kanten, kann verzichtet werden. Die Herstellung kann auf diese Weise kostengünstiger erfolgen.
In vorteilhafter Weise wird der Draht der Anwicklung nach Fertigstellung der Wicklung der induktiven Spule durchtrennt. Auf diese Weise kann der Wickelvorgang der Wicklung zunächst durchgeführt werden. Insbesondere bei der Verwendung einer Wickelvorrichtung, wie einer Wickelmaschine oder einem Wickelroboter, kann zuerst der Wicklungsprozess mit der Wickelvorrichtung abgeschlossen werden, bevor in einem weiteren Herstellungsschritt die Anwicklung durchtrennt wird. Das Durchtrennen der Anwicklung kann mittels einer zur Wickelvorrichtung gesonderten Trennvorrichtung erfolgen. Gleichwohl kann ein Trennwerkzeug mit Durchtrennen der Anwicklung Teil der Wickelvorrichtung sein.
Bevorzugt wird der um die Anwickelstelle gewickelte Draht der Anwicklung, insbesondere vollumfänglich oder nur an der Unterseite des Spulenkerns, metallisiert. Über die Metallisierung kann eine elektrische Verbindung beim Einbau der Spule erzeugbar sein. Die Spule kann durch das Metallisieren zum Einbau mittels eines Lötverfahrens vorbereitet sein. Der Draht kann im Bereich der Anwicklung, insbesondere bereichsweise, abisoliert werden. Die Abisolierung des Drahtes kann mechanisch, mittels eines Lasers, über Temperatureinwirkung und/oder mittels eines chemischen Flussmittels erfolgen. Eine sich, insbesondere vollumfängliche, um die Anwickelstelle herum erstreckende Metallisierung des Drahtes kann mit einem Lötbad, in welchem die Anwickelstelle mit dem darum gewickelten Draht eingetaucht wird, realisiert werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der um die Anwickelstelle gewickelte Draht der Anwicklung im Anschluss an die Metallisierung durchtrennt wird. Die Durchtrennung kann unmittelbar im Anschluss an die Metallisierung oder nach einem oder mehreren weiteren Bearbeitungsschritten während der Herstellung der Spule erfolgen. Insbesondere bei einem dünnen Draht, d. h. mit einem Durchmesser von im Wesentlichen 300 µm und weniger, wirkt sich eine vor dem Durchtrennen erfolgende vollumfängliche Metallisierung stabilisierend auf den Draht aus. Die Drahtschleifen der Anwicklung können durch die Metallisierung miteinander verbundenen werden, so dass, insbesondere ein dünner Draht nicht nach dem Durchtrenne an einem Trennwerkzeug hängen bleibt und beim weiteren Bewegen des Trennwerkzeugs nach dem Durchtrennen unbeabsichtigt verformt wird. Der Durchtrennprozess kann auf diese Wiese besser beherrscht werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der ab der Anwickelstelle durchtrennte Draht vercrimpt wird. Das zum Vercrimpen genutzte Crimpwerkzeug kann im Wesentlichen eine zur Innenkontur der Anwickelausnehmung komplementäre Außenkontur aufweisen. Zusätzlich kann zwischen dem Crimpwerkzeug und der Anwickelausnehmung ein Freiraum für die Aufnahme des Drahtes während des Vercrimpens vorgesehen sein. Durch das Vercrimpen kann der Draht an der Anwicklung gesichert werden. Der Draht kann nach dem Durchtrennen oder gleichzeitig zum Durchtrennen vercrimpt werden.
Ferner kann der Draht der Anwicklung zum Durchtrennen in eine Anwickelausnehmung gedrückt werden. Beim Eindrücken in die Anwickelausnehmung kann der Draht durch ein Trennwerkzeug durchschnitten oder durchstanzt werden. Das Trennwerkzeug kann hierzu nach Art eines Stempels mit der Anwickelausnehmung nach Art einer Matrize zusammenwirken. Vorteilhafterweise wird der Draht während des Durchtrennens zugleich gecrimpt, insbesondere in die Anwickelausnehmung hineingebogen. Der Drahtanfang oder das Drahtende kann zusammen mit den durch das Durchtrennen entstehenden Drahtöffnungen auf einfache Weise in der Anwickelausnehmung befestigt werden. Vorzugsweise wird das Durchtrennen und zeitgleiche Crimpen des Drahtes durch ein kombiniertes Trenn- und Crimpwerkzeug erzielt, welches Teil einer Wickelvorrichtung sein kann.
Besonders bevorzugt wird zum Durchtrennen des um die Anwickelstelle gewickelten Drahtes ein an die Anwickelausnehmung angepasstes Trennwerkzeug verwendet. Die Außenkontur des Trennwerkzeugs kann im Wesentlichen komplementär zur Innenkontur der Anwickelausnehmung ausgebildet sein. Das Trennwerkzeug kann zum Durchtrennen zusätzlich eine Schneidkante aufweisen, welche zum Durchtrennen in die Anwickelausnehmung eintritt. Das Trennwerkzeug und die Anwickelausnehmung können wie zwei Formen eines Gesenks zusammenwirken. In vorteilhafter Weise kann das Trennwerkzeug nach Art eines kombinierten Trenn- und Crimpwerkzeugs ausgebildet sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile einer erfindungsgemäßen induktiven Spule sowie eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Spule sollen nachfolgend anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung exemplarisch erläutert werden. Darin zeigt:

1a, b eine Ausführungsform einer induktiven Spule mit rundem Querschnitt,
2a, b eine zweite Ausführungsform einer induktiven Spule mit rundem Querschnitt,
3 eine Sicht entlang einer Längsachse der Spule gemäß 2,
4 eine Detailansicht einer Anwickelstelle der Spule gemäß 3,
5 eine erste Ausführungsform einer induktiven Spule mit rechteckigem Querschnitt,
6a, b eine zweite Ausführungsform einer induktiven Spule mit rechteckigem Querschnitt,
7a eine Seitenansicht der Spule gemäß 5,
7b, c eine Seitenansicht und eine Sicht von oben auf den Spulenkern der Spule gemäß 7a,
8a, b eine induktive Spule nach Art einer 3D-Antenne,
9a, b Anwickelstellen und eine Einkerbung der Spule gemäß 8 und
10a, b weitere Anwickelstellen der Spule gemäß 8.

In den Figuren sind unterschiedliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen induktiven Spule 1 gezeigt, deren elektrisch leitender Draht 6 eine Wicklung 2 bildet, welche sowohl eine Spulenwicklung 5 als auch eine Anwicklung 3 aufweist. Bei all diesen Spulen ist der Draht 6 der Anwicklung 3 an einer Anwickelstelle 10 durchtrennt, so dass die Güte der Spule insgesamt gesteigert wird.
In 1 ist eine stabförmige Spule 1 mit rundem Querschnitt gezeigt. Neben der Wicklung 2 aus elektrisch leitendem Draht 6 weist die Spule 1 einen Spulenkern 7 aus ferromagnetischem Material sowie zwei Anwickelstellen 10 auf. Der Spulenkern 7 und die Anwickelstelle 10 sind in 1b gesondert von der Wicklung 2 gezeigt.
Die Anwickelstellen 10 nehmen die Anwicklungen 3 der Wicklung 2 auf. Dabei weisen die zylinderförmigen Anwickelstellen 10 je eine Anwickelausnehmung 11 auf. Die Anwickelausnehmungen 11 dieser Ausführungsform sind beide taschenförmig ausgebildet. Jede der taschenförmigen Anwickelausnehmung 11 wird durch zwei sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse LA der Anwickelstelle 10 erstreckende Seitenwände 11.1, 11.2, eine spulenwicklungsseitig liegende Rückwand 11.4, eine dieser Rückwand 11.4 im Wesentlichen gegenüberliegende Abschlusswand 11.5 sowie einem Boden 11.3 gebildet.
Die Anwickelausnehmungen 11 verlaufen an den jeweiligen Anwickelstellen 10 entlang je einer Radialrichtung R nach innen. Die beiden an diametralen Enden der Spule 1 liegenden Anwickelstellen 10 sind derart ausgerichtet, dass die Radialrichtungen R, entlang welcher die Anwickelausnehmungen 11 verlaufen, parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Spule 1 ist hierdurch symmetrisch aufgebaut. Hierbei weist die Oberseite 1.1 der Spule 1 die Anwickelausnehmungen 11 auf.
Der Draht 6 der Anwicklung 3 ist an den Anwickelstellen 10 durchtrennt und in die Anwickelausnehmungen 11 hineingebogen. Der Drahtanfang 6.1 bzw. das Drahtende 6.2 greifen zusammen mit den durch das Durchtrennen entstandenen Drahtöffnungen 6.3 in die Anwickelausnehmungen 11 ein. Eine erste der beiden Anwickelausnehmungen 11 nimmt dabei den Drahtanfang 6.1 auf, während die zweite Anwickelausnehmung 11 das Drahtende 6.2 aufnimmt. Der Drahtanfang 6.1 und das Drahtende 6.2 sind jene Abschlüsse des Drahtes 6, d. h. jene Bereiche offener Enden, welche den Anfang bzw. das Ende der Wicklung 2 darstellen und bei der Herstellung der Spule 1 als erstes bzw. letztes gewickelt werden.
Der Spulenkern 7 ist, wie in 1b gezeigt, in dieser Ausführungsform einteilig mit den Anwickelstellen 10 ausgebildet. Die Anwickelstellen 10 bilden auf diese Weise Endbereiche 9 des Spulenkerns 7, welche den Spulenkern 7 diametral entlang seiner Längsachse L abschließen. Neben diesen Endbereichen 9 weist der Spulenkern 7 einen Spulenbereich 8 auf, in welchem die Spulenwicklung 5 der Wicklung 2 aufgenommen wird. Entlang einer axialen Richtung A ergibt sich auf diese Weise ein Aufbau des Spulenkerns 7 in der Reihenfolge: Endbereich 9 mit einer Anwickelstelle 10 inklusive Anwickelausnehmung 11, Spulenbereich 8 und abschließend Endbereich 9 mit Anwickelstelle 10 inklusive Anwickelausnehmung 11. In den Endbereichen 9 des Spulenkerns 7 sind die Anwickelstellen 10 im Wesentlichen entlang der Längsachse L zentriert angeordnet.
Der Spulenkern 7 weist eine im Wesentlichen hantelförmige Geometrie auf. Zwischen dem Spulenbereich 8 und den Anwickelstellen 10 ist jeweils ein Vorsprung 13 vorhanden. Der Vorsprung 13 entsteht durch einen sprunghaften Radiusunterschied zwischen dem Spulenbereich 8 und den Endbereichen 9 des Spulenkerns 7. Dieser in Axialrichtung A vorhandene Vorsprung 13 ist in Umfangsrichtung U um den Spulenkern 7 unterschiedlich stark ausgeprägt. So verschwindet der Vorsprung 13 auf der Oberseite 1.1 der Spule 1 gänzlich, so dass die Oberseite 1.1 im Wesentlichen plan ausgebildet ist. Auf der zur Oberseite 1.1 in radialer Richtung R gegenüberliegenden Unterseite 1.2 der Spule 1 ist der Vorsprung 13 hingegen am stärksten ausgeprägt. Dieser sich entlang des Umfangs der Spule 1 verändernde Vorsprung 13 bedingt, dass die zylinderförmigen Anwickelstellen 10 sowie der ebenfalls zylinderförmige Spulenbereich 8 nicht koaxial zueinander ausgerichtet sind. Die Längsachse LA der Anwickelstelle 10 und die durch der Spulenbereich 8 verlaufende Längsachse L des Spule 1 verlaufen daher zueinander parallel versetzt.
Zwischen der sich um die Anwickelstelle 10 erstreckende Anwicklung 3 und der sich um den Spulenbereich 8 erstreckenden Spulenwicklung 5 weist die Wicklung 2 jeweils eine Übergangswicklung 4 auf, welche die Anwicklung 3 mit der Spulenwicklung 5 leitend verbindet. Diese Übergangswicklung 4 verläuft in dem dargestellten Ausführungsbeispiel entlang des Endbereichs 9 des Spulenkerns 7. Die Übergangswicklung 4 mündet an der Oberseite 1.1 in die Spulenwicklung 5. Da der Vorsprung 13 an der Oberseite 1.1 verschwindet, wird auf diese Weise ein Abknicken des Drahtes 6 beim Übergang von der Übergangswicklung 4 in die Spulenwicklung 5 verhindert, welche ansonsten entstehen würde, wenn die Übergangswicklung 4 über einen nicht verschwindenden Bereich des Vorsprungs 13 zum Spulenbereich 8 geführt werden würde.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer induktiven Spule 1 gemäß den dargestellten Ausführungsbeispielen wird der Draht 6 der Anwicklung 3 zunächst um die erste Anwickelstelle 10 gewickelt, wobei vom Drahtanfang 6.1 ausgehend mit dem Wickeln begonnen wird. Der Draht 6 der Anwicklung 3 wird mehrfach in Umfangsrichtung U um die Anwickelstelle 10 gewickelt. Insbesondere werden mindestens zwei vollständige Drahtschleifen des Drahtes 6 der Anwicklung 3 um die Anwickelstelle 10 gelegt. Hierbei überspannt der Draht 6 der Anwicklung 3 zunächst die Anwickelausnehmung 11, so dass dieser nicht in die Anwickelausnehmung 11 eintritt. Anschließend wird der Draht 6 mit der Übergangswicklung 4 von der Anwickelstelle 10 zum Spulenbereich 8 des Spulenkerns 7 geführt. In 1 und 2 verläuft die Übergangswicklung 4 nach Art einer gestreckten Spiralwicklung zwischen der Anwickelstelle 10 und dem Spulenbereich 8.
Um den Spulenbereich 8 wird anschließend die Spulenwicklung 5 nach Art einer Spiralwicklung gewickelt. Von der Spulenwicklung 5 aus wird der Draht 6 mit einer weiteren Übergangswicklung 4 vom Spulenbereich 8 nach Fertigstellung der Spulenwicklung 5 zu der zweiten Anwickelstelle 10 geführt. Um diese Anwickelstelle 10 wird der Draht 6 in Umfangsrichtung U gewickelt, so dass eine zweite Anwicklung 3 hergestellt wird. Auch bei dieser zweiten Anwicklung 3 überspannt der Draht 6 zunächst die Anwickelausnehmung 11. Die zweite Anwicklung 3 endet mit dem Drahtende 6.2. Nach Herstellung dieser zweiten Anwicklung 3 ist die Wicklung 2 der Spule 1 fertiggestellt und der Draht 6 von Drahtanfang 6.1 bis Drahtende 6.2 aufgewickelt. Zu diesem Zeitpunkt kann das Drahtende 6.2 noch mit einem nicht dargestellten Draht auf einer Drahtrolle verbunden sein, von welcher aus der Draht 6 zum Aufwickeln entnommen wird. Das Drahtende 6.2 kann von diesem Draht der Drahtrolle in einem separaten Verfahrensschritt oder beim Durchtrennen der Anwicklung 3 im Bereich der Anwickelausnehmung 11 getrennt werden.
Der Draht 6 der Anwicklungen 3 kann nunmehr metallisiert werden. Hierzu wird der zu metallisierenden Bereich des um die Anwickelstellen 10 gewickelten und mit einer Isolierung versehenen Drahtes 6 abisoliert. Die Abisolierung kann beispielsweise mechanisch, mittels eines Lasers, chemisch und/oder unter Temperatureinwirkung erfolgen. Anschließend wird eine metallische Beschichtung auf den abisolierten Draht 6 aufgebracht. Zu diesem Zwecke kann die Anwicklung 3 zusammen mit der Anwickelstelle 10 in ein Lötbad eingebracht werden, welches eine entlang des Umfangs vollumfängliche Metallisierung des um die Anwickelstelle 10 gewickelten Drahtes 6 der Anwicklung 3 ermöglicht.
Durch Verwendung geeigneter chemischer Flussmittel und insbesondere eines erhitzten Lötbads kann die Abisolierung des Drahtes 6 auch in einem gemeinsamen Schritt mit der Metallisierung vorgenommen werden.
Im Anschluss an die Metallisierung wird der Draht 6 der Anwicklung 3 im Bereich der Anwickelausnehmung 11 durchtrennt. Hierzu tritt ein nicht dargestelltes und an die Form der Anwickelausnehmung 11 angepasstes Trennwerkzeug in die Anwickelausnehmung 11 ein. Dieses Trennwerkzeug trennt den Draht 6 derart, dass mehrere Drahtöffnungen 6.3 entstehen. Je nach Anwicklung 3 werden diese Drahtöffnungen 6.3 zusammen mit dem Drahtanfang 6.1 oder dem Drahtende 6.2 durch das Trennwerkzeug in die Anwickelausnehmung 11 hineingebogen. Die Drahtöffnungen 6.3 hintergreifen zusammen mit dem Drahtanfang 6.1 oder dem Drahtende 6.2 zur Sicherung der Anwicklung 3 die Seitenwände 11.1, 11.2 der Anwickelausnehmung 11, wie in den Figuren dargestellt. Das Trennwerkzeug bewirkt hierbei zugleich ein Durchtrennen, als auch ein Crimpen des Drahtes 6, insbesondere in Form eines Hineinbiegens in die Anwickelausnehmung 11, so dass das Trennwerkzeug nach Art eines kombinierten Trenn- und Crimpwerkzeugs ausgebildet ist.
Durch die Metallisierung des Drahtes 6 der Anwicklung 3 wird der Drahtöffnungen 6.3 weiterhin eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den einzelnen Schleifen des Drahtes 6 der Anwicklung 3, welche durch das Durchtrennen nunmehr geöffnete Drahtschleifen sind, sichergestellt. Trotz des Durchtrennens der Anwicklungen 3 besteht weiterhin eine leitende Verbindung vom Drahtanfang 6.1 bis zum Drahtende 6.2.
Die vollumfängliche Metallisierung des Drahtes 6 der Anwicklung 3 stabilisiert zudem die einzelnen Drahtschleifen während des Durchtrennens, was insbesondere bei dünnen Drähten, d. h. mit einem Drahtdurchmesser unterhalb von 300 µm, zu einer besseren Stabilität beiträgt.
Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erfolgt die Metallisierung nicht vor dem Durchtrennen des Drahtes 6 der Anwicklung 3. Vielmehr wird der Draht 6 erst nach dem Durchtrennen metallisiert. Hierbei kann statt einer vollumfänglichen Metallisierung des Drahtes 6 der Anwicklung 3 lediglich ein Teilbereich des Drahtes 6 metallisiert werden. Insbesondere wird lediglich der Draht 6 der Unterseite 3.1 der Anwicklung 3, welcher der Anwickelausnehmung 11 radial gegenüberliegt, metallisiert. Die Metallisierung der an der Unterseite 1.2 der Spule 1 liegenden Unterseite 3.1 der Anwicklung 3 eignet sich insbesondere bei dickeren Drähten, d. h. Drähten mit einem Drahtdurchmesser größer oder gleich 300 µm, und/oder bei Spulen 1, welche nach Art von SMD-Bauteilen verbaut werden sollen. Bei dieser lediglich bereichsweise erfolgenden Metallisierung wird lediglich der zu metallisierende Bereich des Drahtes 6 der Anwicklung 3 vor oder während des Metallisierens abisoliert.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform einer induktiven Spule 1 mit rundem Querschnitt quer zur Längsachse L gezeigt. In ihrem Aufbau entspricht diese Spule 1 weitgehend der in 1 gezeigten Spule. Jedoch sind die Anwickelausnehmungen 11 der Anwickelstellen 10 dieser Spule 1 im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Spule 1 aussparungsförmig ausgebildet.
Bei der aussparungsförmig ausgebildeten Anwickelausnehmung 11 entfällt im Vergleich zu einer taschenförmigen Anwickelausnehmung 11 die Abschlusswand 11.5. Die aussparungsförmige Anwickelausnehmung 11 wird daher lediglich durch die beiden Seitenwände 11.1, 11.2, die Rückwand 11.4 sowie den Boden 11.3 begrenzt. Auf diese Weise ist die aussparungsförmige Anwickelausnehmung 11 entlang zweier Seiten geöffnet, wodurch ein einfacheres Eintreten eines Trennwerkzeugs in die Anwickelausnehmung 11 ermöglicht wird.
Die Anwickelausnehmungen 11 sind an den entlang der Längsachse L diametral gegenüberliegenden Enden der Endbereiche 9 angeordnet.
3 zeigt eine Sicht entlang der Längsachse LA auf die Spule 1 gemäß 2. Diese Ansicht entspricht weitgehend auch einem quer zur Längsachse LA verlaufenden Schnitt durch die Anwickelstelle 10 der Spule 1 gemäß 1 im Bereich der Anwickelausnehmung 11. Eine Sicht entlang der Radialrichtung R auf diese Anwickelausnehmung 11 ist in 4 gezeigt.
Wie zu erkennen ist, verläuft die Anwickelausnehmung 11 an der Anwickelstelle 10 entlang der Radialrichtung R nach innen, d. h. in Richtung der Längsachse LA der Anwickelstelle 10. Die Tiefe der Anwickelausnehmung 11 entlang der Radialrichtung R entspricht dem halben Durchmesser der Anwickelstelle 11. Die Anwickelausnehmung 11 stellt auf diese Weise eine ausreichende Tiefe zur Aufnahme der Drahtöffnung 6.3 sowie des Drahtanfangs 6.1 bereit.
Entlang der Radialrichtung R verjüngt sich die Anwickelausnehmung 11. Im Querschnitt verlaufen die Seitenwände 11.1, 11.2 in Richtung der Längsachse LA der Anwickelstelle 10 geneigt, während sie entlang der Längsachse LA parallel zu dieser verlaufen. Die Rückwand 11.4 weist im Gegensatz hierzu im Wesentlichen keine Neigung auf, so dass sie entlang einer im Wesentlichen quer zur Längsachse LA verlaufenden Ebene liegt.
Die Ränder 11.11, 11.21 der Seitenwände 11.1, 11.2 sind entgratet und nach Art einer abgerundeten Biegekante ausgebildet. Durch diese abgerundete Form verhindern die Ränder 11.11, 11.21 eine Beschädigung des Drahtes 6, insbesondere der Isolationsschicht des Drahtes 6, sofern diese noch vorhanden ist, beim Biegen der Drahtöffnungen 6.3 in die Anwickelausnehmung 11 hinein. Neben den Rändern 11.11, 11.21 der Seitenwände 11.1, 11.2 ist auch der Rand 11.41 der Rückenwand 11.4 sowie der zwischen den Rändern 11.11, 11.21, 11.41 liegende Rand 11.60 der Anwickelausnehmung 11 abgerundet ausgebildet. Auf diese Weise ist der gesamte Randbereich der Anwickelausnehmung 11 abgerundet ausgebildet. Beschädigungen der Anwickelstelle 10, insbesondere aufgrund einer scharfkantigen Ausgestaltung des Randbereichs der Anwickelausnehmung 11 können vermieden werden. Eine analoge Abrundung des Randbereichs ist auch bei der taschenförmigen Anwickelausnehmung 11 gemäß 1 vorhanden.
In 5 und 6 sind Ausführungsformen einer Spule 1 mit einem rechteckigen Querschnitt dargestellt, wobei die Spule 1 gemäß 5 taschenförmige Anwickelausnehmungen 11 und die Spule 1 gemäß 6 aussparungsförmige Anwickelausnehmungen 11 aufweist.
Beide in 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen der Spule 1 weisen Zwischenrippen 14 auf, welche den Spulenbereich 8 axial entlang der Längsachse L begrenzen. Diese Zwischenrippen 14 erstrecken sich ohrenförmig quer zur Längsachse L von den Außenseiten 1.3 der Spule 1 weg.
Entlang der Längsachse L sind die Zwischenrippen 14 jeweils zwischen der Anwickelstelle 10 und dem Spulenbereich 8 angeordnet. Die Zwischenrippen 14 sind einteilig mit dem Spulenkern 7 ausgebildet und bestehen aus dem gleichen Material wie der Spulenbereich 8 und die Anwickelstellen 10.
Die Zwischenrippen 14 begrenzen den Spulenbereich 8 an dessen entlang der Längsachse L diametralen Enden. An jedem Ende des Spulenbereichs 8 sind zwei Zwischenrippen 14 vorgesehen, welche entlang der Umfangsrichtung U der Spule 1 quer zur Längsachse L mit einem Winkelversatz von 180° zueinander verteilt sind.
Die Anwickelstellen 10 weisen an den zu diesen Zwischenrippen 14 gegenüberliegenden Enden Falze 12 auf. Der Falz 12 dient der zusätzlichen Sicherung der Anwicklung 3 vor einem Verrutschen, insbesondere vor einem Abrutschen von der Anwickelstelle 10.
Jeder Falz 12 ist einer Zwischenrippe 14 zugeordneten. Der Falz 12 und die Zwischenrippe 14 bilden auf diese Weise eine Umfangsnut 10.1 der Anwickelstelle 10.
In 7 ist die Spule 1 gemäß 5 aus einer Seitenansicht sowie der Spulenkern 7 dieser Spule 1 aus einer Seitenansicht und einer Sicht auf die Oberseite 1.1 gezeigt. Die radialen Richtungen R, entlang welcher die Anwickelausnehmungen 11 der Anwickelstellen 10 nach innen verlaufen, verlaufen auch bei der Spule 1 mit rechteckigem Querschnitt, in Richtung der Längsachse LA der jeweiligen Anwickelstellen 10.
An der Unterseite 1.2 der Spule 1 im Bereich der Anwickelstelle 10 ist die Unterseite 3.1 der Anwicklung 3 zu erkennen. Diese Unterseite 3.1 der Anwicklung 3 steht gegenüber den übrigen Teilen der Spule 1 an der Unterseite 1.2 hervor. Hierdurch eignet sich diese Unterseite 3.1 der Anwicklung 3 in besonderem Maße für die elektrische Kontaktierung der Spule 1 bei einem Einbau nach Art eines SMD-Bauteils. Diese Unterseite 3.1 der Anwicklung 3 wird daher bevorzugt, insbesondere als einziger Bereich der Anwicklung 3, metallisiert. Bei einem Einbau und der Kontaktierung der Spule 1 über diese Unterseite 3.1 der Anwicklung 3 kommen keine weiteren Teile der Spule 1 mit einer Leiterplatine oder dergleichen, auf welche die Spule 1 verbaut werden soll, in direkten Kontakt. Das Entstehen etwaiger Kurzschlüsse kann auf diese Weise einfach vermieden werden.
Wie des Weiteren zu erkennen ist, steht weder eine der Zwischenrippen 14 noch einer der Falze 12 an der Oberseite 1.1 und/oder der Unterseite 1.2 der Spule 1 hervor. Die Zwischenrippen 14 als auch die Falze 12 sind somit lediglich in Richtung der Außenseiten 1.3 der Spule 1 ausgerichtet.
Die Anwickelausnehmung 11 erstreckt sich an der Oberseite 1.1 der Spule 1 über die gesamte quer zur Längsachse LA des planen Bereichs der Oberseite 1.1 verlaufende Breite der Anwickelstelle 10. An die plane Oberseite 1.1 grenzen in Umfangsrichtung U abgerundete Kanten 15 an. Diese Kanten 15 gestatten ähnlich den Rändern 11.11, 11.21, 11.41, 11.60 der Anwickelausnehmung 11 eine Drahtführung entlang der Oberfläche der Anwickelstelle 10, ohne dass es zu scharfen Abknickungen des Drahtes 6 und damit verbundenen Beschädigungen oder Schwächungen des Drahtes 6, insbesondere der den Draht 6 umgebenen Isolationsschicht, kommt.
In 8 bis 10 ist eine als 3D-Antenne 100 ausgebildete Spule 1 gezeigt. Die 3D-Antenne 100 weist drei Wicklungen 101, 102, 103 aus je einem Draht 111, 112, 113 auf, welche sich einen gemeinsamen Spulenkern 7 teilen. Jede Wicklung 101, 102, 103 weist Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1, eine Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 und Übergangswicklungen 101.3, 102.3, 103.3 auf. Die Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 verlaufen im Wesentlichen orthogonal zueinander. Die Längsachsen L der Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 verlaufen entlang der x-Achse X, der y-Achse Y bzw. der z-Achse Z des Spulenkerns 7. Die Längsachsen L der Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 kreuzen sich daher im Inneren des Spulenkerns 7.
Für jede der Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 weist der Spulenkern 7 einen Spulenbereich 204, 205, 209 auf. Die zwei der Spulenbereiche 204, 205 sind kanalförmig nach Art einer die Spulenwicklung 101.2, 102.2 in ihrer gesamten Breite aufnehmenden Nut ausgebildet.
Die als 3D-Antenne 100 ausgebildete Spule 1 entspricht in ihrem Grundaufbau somit im Wesentlichen drei orthogonal zueinander ausgerichteten Spulen 1 der in 1 bis 7 gezeigten Ausführungsformen mit einem gemeinsamen Spulenkern 7. Der Spulenkern 7 weist eine würfelförmige Geometrie auf.
Der Spulenkerns 7 ist nach Art eines Hohlkerns mit geöffneter Oberseite 1.1 und geöffneter Unterseite 1.2 ausgebildet. Zwischen der Oberseite 1.1 und der Unterseite 1.2 weist der Spulenkern einen Stabilisierungsboden 202 auf, welcher in 9a und 10b zu erkennen ist. Dieser Stabilisierungsboden 202 kann in jeder beliebigen Höhe positioniert werden. Die Positionen der Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 und des Stabilisierungsbodens 202 können aufeinander abgestimmt sein. Auf diese Weise kann eine symmetrische Magnetfeldform in allen Achsen X, Y, Z erzielt werden. Insbesondere kann der Stabilisierungsboden 202 quer zur einer Achse X, Y, Z verlaufend und entlang der Mittelebene der Spule 1 um diese Achse positioniert sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stabilisierungsboden 202 mittig unterhalb der Spulenwicklung 103.2 zur z-Achse Z positioniert, d. h. im halben Abstand zwischen der Oberseite 1.1 und der Unterseite 1.2. Der Stabilisierungsboden 202 trägt dabei zur Stabilität der Außenseiten 1.3 des Spulenkerns 7 bei. Der Stabilisierungsboden 202 trägt zur Steifigkeit der Außenseiten 1.3 des Spulenkerns 7 gegen nach spulenkerninnenseitig gerichtete Deformationen bei.
Die Anwickelstellen 10 sind entlang des Umfangs des Spulenkerns 7 verteilt und in einer gemeinsamen Ebene nach Art eines Zapfenkranzes angeordnet. Um ein besonders einfaches Anwickeln des Drahtes 111, 112, 113 an den Anwickelstellen 10 zu ermöglichen, stellen die entlang der x-Achse X bzw. der y-Achse Y nach spulenaußen gerichteten Anwickelstellen 10, die am weitesten außen liegenden Teile des Spulenkerns 7 dar. Hierzu sind die Anwickelstellen 10 auf Kernfüßen 210 angeordnet. Die als Vorsprünge ausgebildeten Kernfüße 210 sind an den Ecken der Unterseite 1.2 des Spulenkerns 7 angeordnet und bilden sowohl Vorsprünge der Unterseite 1.2 als auch der jeweiligen an diesen Ecken angrenzenden Außenseiten 1.3 des Spulenkerns 7.
Der Spulenkern 7 weist Anwickelstellen 10 zweier Anwickelstellentypen 10a, 10b leicht unterschiedlicher Geometrie auf. Ein erster Anwickelstellentyp 10a verjüngt sich entlang der vom Spulenkern 7 wegweisenden Richtung entlang der Längsachse LA1 der jeweiligen Anwickelstelle 10, wie dies insbesondere in 9a zu erkennen ist. Dieser Anwickelstellentyp 10a weist einen an seinem Endbereich verlaufende und ihn nach spulenkernaußenseitig hin abschließenden Falz 12 auf. Dieser Anwickelstellentyp 10a eignet sich insbesondere zum Anwickeln des sich an den Drahtanfang 111.1, 112.1, 113.1 anschließenden Bereichs des Drahtes 111, 112, 113.
Der zweite Anwickelstellentyp 10b weitet sich hingegen entlang der vom Spulenkern 7 wegweisender Richtung entlang der Längsachse LA2 der jeweiligen Anwickelstelle 10 auf, wie dies ebenfalls in 9a zu erkennen ist. Bei diesem Anwickelstellentyp 10b ist es nicht erforderlich, einen Falz 12 vorzusehen, gleichwohl kann auch dieser Anwickelstellentyp 10b einen derartigen Falz 12 aufweisen.
Die Längsachsen LA1, LA2 gegenüberliegender Anwickelstellen 10 verlaufen koaxial. Die Längsachsen LA1, LA2 an der gleichen Außenseite 1.3 der Spule 1 befindlicher Anwickelstellen 10 verlaufen nicht koaxial, jedoch parallel zueinander, während sich die Längsachsen LA1, LA2 der Anwickelstellen 10 aneinander angrenzender Außenseiten 1.3 der Spule 1 kreuzen.
Um den Draht 111, 112, 113 beim Anwickeln aufzunehmen, weisen die Anwickelstellen 10 entlang ihres Umfangs verlaufende Umfangsnuten 10.1 auf. Beim Anwickelstellentyp 10a wird diese Umfangsnut 10.1 einseitig durch den Falz 12 und auf der anderen Seite durch den Kernfuß 210 begrenzt. Auf diese Weise ergibt sich eine im Wesentlichen rechteckige Umfangsnut 10.1.
Beim Anwickelstellentyp 10b wird die Umfangsnut 10.1 ebenfalls einseitig durch den Kernfuß 210 begrenzt. Die übrige Begrenzung der Umfangsnut 10.1 ergibt sich durch die sich nach außen hin aufweitende Form der Anwickelstelle 10. Auf diese Weise wird eine Umfangsnut 10.1 mit im Wesentlichen dreieckförmigem Querschnitt erzielt.
Die nach spulenkernaußenseitig weisenden Anwickelstellen 10 weisen einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt entlang der Umfangsnut 10.1 und quer zu ihren Längsachsen LA1, LA2 auf. Durch den U-förmigen Querschnitt umgibt die Anwickelstelle 10 die Anwickelausnehmung 11. Die Anwickelausnehmungen 11 sind als aussparungsförmige Anwickelausnehmungen 11 der Anwickelstellen 10 ausgebildet. In dieser Anwickelausnehmung 11 ist der an die Anwickelstelle 10 angewickelte Draht 111, 112, 113 eingepresst. Die Anwickelausnehmung 11 fungiert auf diese Weise als Falle für den Draht 111, 112, 113. Dies führt zu einer sichereren Befestigung des Drahts 111, 112, 113 am Spulenkern 7.
Der Spulenkern 7 weist neben den Kernfüßen 210 zudem entlang der Kanten aneinander angrenzender Außenseiten 1.3 des Spulenkerns 7 weitere Vorsprünge nach Art von Kantenpfosten 203 auf. Diese Kantenpfosten 203 verlaufen entlang der parallel zur z-Achse Z verlaufenden Kanten des Spulenkerns 7. Die Kantenpfosten 203 dienen der Stabilisierung des als Hohlkern ausgebildeten Spulenkerns 7.
Bei der Herstellung der 3D-Atenne 100 wird zunächst ein erster Draht 111 an eine der Anwickelstellen 10 angewickelt, der Draht 111 mit einer Übergangswicklung 101.3 zum Spulenbereich 204 geführt, die Spulenwicklung 101.2 gewickelt, der Draht 111 mit einer weiteren Übergangswicklung 101.3 zu einer zweiten Anwickelstelle 10 geführt und anschließend an der zweiten Anwickelstelle 10 einer zweiten Anwicklung 101.1 angewickelt. Hieran anschließend erfolgt analog ein Anwickeln des zweiten Drahtes 112 an einer Anwickelstelle 10, indem eine erste Anwicklung 102.1 dieser Wicklung 102 hergestellt wird, bevor dann ebenfalls die Spulenwicklung 102.2 gewickelt und der Draht 112 an eine weitere Anwickelstelle 10 angewickelt wird. Ebenso erfolgt auch das Anwickeln des dritten Drahtes 113 an einer Anwickelstelle 10 mit einer Anwicklung 103.1, anschließendem Wickeln der Spulenwicklung 103.2 und abschließendem Wickeln des Drahtes 113 an einer weiteren Anwickelstelle 10 mit einer Anwicklung 101.1.
Neben den bereits beschriebenen Geometrien weist der Spulenkern 7 weitere fertigungsunterstützende Geometrien auf, welche insbesondere auch in den 8b und 10b zu erkennen sind. Diese fertigungsunterstützenden Geometrien dienen der besseren Automatisierung bei der Herstellung der 3D-Atenne 100 und gestatten zugleich eine höhere Präzision in deren Herstellung.
Zum Herstellen dieser Wicklungen 101, 102, 103 weist auch der Spulenkern 7 an seine Unterseite 1.2 Zentriernuten 215 auf. Diese sind an der Unterseite 1.2 der Kernfüße 210 angeordnet und verlaufen von den Ecken der Unterseite 1.2 nach innen in Richtung Mitte der Unterseite 1.2. Diese Zentriernuten 215 sind paarweise entlang der Diagonalen der Unterseite 1.2 fluchtend zueinander ausgerichtet, so dass jedes Zentriernuten-Paar eine unterbrochene, abschnittsweise Diagonalnut ausbildet. Die beiden jeweils eine diagonale Zentriernut 215 bildenden Paare sind im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet, so dass sie insgesamt eine Kreuznut zur Zentrierung des Spulenkerns 7 bilden.
Die Zentriernuten 215 werden nicht durch den Draht 111, 112, 113 einer der Wicklungen 101, 102, 103 überdeckt. Daher können die Zentriernuten 215 den Spulenkern 7 nicht nur während der Herstellung der Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 zentrieren, sondern auch zur Zentrierung der gesamten Spule 1 bei deren Einbau genutzt werden. Hierzu können die Zentriernuten 215 in entsprechenden Zentriermitteln, beispielsweise Vorsprüngen einer Platine, auf welche die 3D-Atenne 100 verbaut werden soll, eingreifen.
Da im Bereich zwischen den Kernfüßen 210 aufgrund der Ausgestaltung des Spulenkerns 7 als Hohlkerne mit einer geöffneten Unterseite 1.2 kein Material des Spulenkerns 7 vorhanden ist, sind die diagonalen Zentriernut 215 als abschnittsweise ausgebildete Diagonalnut ausgebildet. Auch die Kreuznut ist somit als abschnittsweise ausgebildete Kreuznut ausgebildet.
Die Zentriernuten 215 sind derart ausgebildet, dass sie als Zentrierhilfe beim Wickeln des Drahtes 111, 112, 113 von einem Zentriermittel einer Wickelvorrichtung gehalten werden können. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass nicht sämtliche Zentriernuten 215 zugleich als Zentrierhilfe genutzt werden. So kann beispielsweise jeweils eine der Zentriernuten 215 mit einem entsprechenden Zentriermitteln zur Zentrierung des Spulenkerns 7 während des Wickelns eines Drahtes 111, 112, 113 zusammenwirken. Auf diese Weise kann eine Zentriernut 215 zur Zentrierung beim Wickeln jeweils einer der insgesamt mindestens drei Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 dienen. Insbesondere zum Wickeln des Drahtes 113 können die Zentriernuten 215 den Spulenkern 7 an einer Position in der Eben der x-Achse X und y-Achse Y halten. Der Spulenkern 7 kann nach dem Wickeln jeweils einer der Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 neu in der Wickelvorrichtung positioniert werden, wobei dann je eine andere Zentriernut zur Zentrierung des Spulenkerns 7 genutzt wird und mit dem Zentriermittel zusammenwirkt.
Die Zentriernuten 215 können alternativ oder zusätzlich auch zur Zentrierung während des Durchtrennens des Drahtes 111, 112, 113 einer oder mehrere der Anwicklung 101.1, 102.1, 103.1 genutzt werden.
Auf der Unterseite 1.2 des Spulenkerns 7 sind mehrere Aufnahmenuten 212 vorgesehen, welche jeweils einen Drahtanfang 111.1, 112.1, 113.1 aufnehmen können. Jede dieser Aufnahmenuten 212 ist einer Anwickelstelle 10 zugeordnet. Die Aufnahmenut 212 ist derart ausgerichtet, dass der Draht 111, 112, 113, dessen Drahtanfang 111.1, 112.1, 113.1 von der Aufnahmenut 212 aufgenommen wird, in Richtung der ihr zugeordneten Anwickelstelle 10 geführt wird. Die Aufnahmenut 212 ist im Wesentlichen winklig zu einer in ihrer Nähe angeordneten Zentriernut 215 ausgerichtet.
Auf der Unterseite 1.2 des Spulenkerns 7 sind zudem Führungsnuten 213 angeordnet, welche ebenfalls je einer Anwickelstelle 10 zugeordnet sind. Bei diesen der Führungsnut 213 zugeordneten Anwickelstellen 10 handelt es sich um jene Anwickelstellen 10, welchen auch eine Aufnahmenut 212 zugeordnet ist. Der Hälfte der Anwickelstellen 10 ist somit sowohl eine Führungsnut 213 als auch eine Aufnahmenut 212 zugeordnet. Mittels der Führungsnut 213 kann ein von der Anwickelstelle 10 kommender Draht 111, 112, 113 über den sich in der Aufnahmenut 212 befindlichen Drahtanfang 111.1, 112.1, 113.1 zu dessen Fixierung geführt werden. Des Weiteren wird der Draht 111, 112, 113 in der Führungsnut 213 von der Anwickelstelle 10 in Richtung Spulenbereich 204, 205, 209 geführt. Ein Abrutschen des Drahtes 111, 112, 113 auf der Unterseite 1.2 des Spulenkerns 7 wird so vermieden.
Den Anwickelstellen 10, welchen weder eine Führungsnut 213 noch eine Aufnahmenut 212 zugeordnet ist, ist eine Führungsnut 214 an der Unterseite 1.2 des Spulenkerns 7 zugeordnet. Diese Führungsnuten 214 dienen zur Führung des Drahtes 111, 112, 113 vom Spulenbereich 204, 205, 209 weg hin zu jeweiligen Anwickelstelle 10.
Die Führungsnuten 214 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel den Anwickelstellen 10 vom Anwickelstellentyp 10b zugeordnet, während die Führungsnuten 213 und die Aufnahmenuten 212 den Anwickelstellen 10 vom Anwickelstellentyp 10a zugeordnet sind.
Der Spulenkern 7 weist an einer Ecke eines der Kantenpfosten 203 eine Einkerbung 206 auf. Diese Einkerbung 206 dient dem Eingriff durch eine Wickelvorrichtung, um die parallel zur z-Achse Z verlaufende Spulenwicklung 103.2 beim Wickeln möglichst nahe entlang der Oberfläche des Spulenbereichs 209 führen zu können. Die Einkerbung 206 besteht im Wesentlichen aus zwei winklig zueinander angeordneten Flächen 206.1, 206.2. Die Fläche 206.1 verläuft entlang der z-Achse Z des Spulenkerns 7 von der Oberseite 1.1 in Richtung Unterseite 1.2 nach spulenkernaußenseitig geneigt. Auf diese Weise ist die Einkerbung im oberen Bereich des Spulenkerns 7 tiefer als weiter in Richtung Unterseite 1.2.
Die zweite Fläche 206.2 der Einkerbung 206 ist gegenüber der ersten Fläche 206.1 zusätzlich um die z-Achse Z verdreht. Die zweite Fläche 206.2 ist entlang der z-Achse Z kürzer als die erste Fläche 206.1, so dass die Einkerbung 206 entlang der z-Achse Z in Richtung der Unterseite 1.2 verjüngend ausgebildet ist.
In 8b ist die Führung der Drähte 111, 112, 113 an der Unterseite 1.2 des Spulenkerns 7 und damit der Unterseite 1.2 der 3D-Antenne 100 gezeigt. Wie zu erkennen ist, wird der Drahtanfang 111.1, 112.1, 113.1 in der Aufnahmenut 212 aufgenommen. Der Draht 111, 112, 113 wird von dort aus in Richtung der Anwickelstelle 10 geführt und um deren Umfangsnut 10.1 gewickelt, um auf diese Weise die Anwicklung 101.1, 102.1, 103.1 der Wicklung 101, 102, 103 herzustellen. Der von der Anwickelstelle 10 kommende Draht 111, 112, 113 bildet anschließend eine Übergangswicklung 101.3, 102.3, 103.3 aus. Diese Übergangswicklung 101.3, 102.3, 103.3 wird über den in der Aufnahmenut 212 aufgenommenen Drahtanfang 111.1, 112.1, 113.1 gewickelt und durch eine Führungsnut 213 in Richtung des Spulenbereichs 204, 205, 209 geführt. Durch diese Drahtführung der Übergangswicklung 101.3, 102.3, 103.3 wird der Drahtanfang 111.1, 112.1, 113.1 zuverlässig in der Aufnahmenut 212 fixiert. Durch die Anwicklung 101.1, 102.1, 103.1 sowie das Fixieren des Drahtanfangs 111.1, 112.1, 113.1 wird der Draht 111, 112, 113 zuverlässig am Spulenkern 7 befestigt.
Um beim Einbau der 3D-Atenne 100 eine elektrisch leitende Verbindung des Drahtes 111, 112, 113 und damit der Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 mit einem Schaltkreis, in welchem die 3D-Atenne 100 eingebaut wird, herstellen zu können, kann der Draht 111, 112, 113, insbesondere an dem spulenunterseitigen Bereich der Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1, metallisiert werden. Dies ist in den dargestellten Figuren aus Gründen der besseren Sichtbarkeit der Drahtführungen nicht gezeigt. Neben den Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1 können auch die Drahtanfänge 111.1, 112.1, 113.1 sowie die an der Unterseite 1.2 befindlichen Bereiche der Übergangswicklungen 101.3, 102.3, 103.3 ebenfalls metallisiert werden.
Die Drahtführung im Bereich der Anwickelstellen 10, um welche die Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1, welche die Wicklungen 101, 102, 103 herstellungstechnisch abschließen und erst nach der Fertigstellung der Spulenwicklungen 101.2, 102.2, 103.2 gewickelt werden, unterscheidet sich leicht von der Drahtführung im Bereich der Anwickelstellen 10, welche einer Aufnahmenut 212 für den Drahtanfang 111.1, 112.1, 113.1 zugeordnet ist. Eine derartige zum Abschluss der Wicklung 101 gefertigte Anwicklung 101.1 ist im hinteren Bereich der in 8b perspektivisch dargestellten 3D-Antenne 100 gezeigt. Dort erfolgt die Drahtführung des Drahtes 111 der Übergangswicklung 101.3 an der Unterseite 1.2 lediglich in der Führungsnut 214 in Richtung der Anwicklung 101.1. Das Drahtende 111.2 wird dort nicht in einer Aufnahmenut 212 aufgenommen, sondern, wie in 8 nicht zu erkennen, von der Anwickelausnehmung 11 der Anwickelstelle 10 aufgenommen.
Während die Übergangswicklungen 101.3, 102.3 der entlang der x-Achse X bzw. y-Achse Y verlaufenden Wicklungen 101, 102 vergleichsweise kurz ausfallen, weist die Wicklung 103 eine im Vergleich längere Übergangswicklung 103.3 von der Anwicklung 103.1 an der der Aufnahmenut 212 zugeordneten Anwickelstelle 10 hin zu der um den Spulenbereich 209 gewickelten Spulenwicklung 103.2. Diese Übergangswicklung 103.3 verläuft teilweise unter der Spulenwicklung 103.2 der gleichen Wicklung 103.
In 9 ist diese längere Übergangswicklung 103.3 von der Anwicklung 103.1 zum Spulenbereich 209 gezeigt. Die Übergangswicklung 103.3 verläuft teilweise in einem Führungsbereich 207, welcher sich an den in Richtung der Unterseite 1.2 gelagerten Endbereich der Einkerbung 206 anschließt. Dieser Führungsbereich 207 unterteilt sich in mehrere Führungsabschnitte 207.1, 207.2, 207.3 und weist eine im Wesentlichen L-förmige oder hakenförmige Form auf. Der Führungsbereich 207 dient der Führung des Drahtes 113 von der Anwickelstelle 10 hin zum oberen Ende des Spulenbereichs 209, welcher durch den Führungsabschnitt 207.2 entlang der z-Achse Z in Richtung Oberseite 1.1 begrenzt wird. Die Führungsabschnitte 207.1, 207.2 des Führungsbereichs 207 weisen eine nach spulenkerninnenseitig gerichtete Neigung auf. Abgesehen von dieser spulenkerninnenseitigen Neigung verläuft der erste Führungsabschnitt 207.1 im Wesentlichen mit einem geringen Winkelversatz im Bereich von unter 10° entlang der z-Achse Z. Der zweite Führungsabschnitt 207.2 verläuft im Wesentlichen in einer zu der x-Achse X und der y-Achse Y parallelen x-y-Ebene. In dieser x-y-Ebene ist der zweite Führungsabschnitt 207.2 nach spulenkerninnenseitig geneigt.
Zur Entgratung der Kante zwischen den Führungsabschnitten 207.1, 207.2 weist der Führungsbereich 207 einen dritten, kurzen Führungsabschnitt 207.3 auf. Dieser Führungsabschnitt 207.3 ist im Wesentlichen nach Art einer Fase ausgebildet. Im Bereich dieses Führungsabschnittes 207.3 weist der Führungsbereich 207 zusätzlich eine Nase 207.4 auf, welche einen entlang des Führungsabschnitts 207.3 geführten Draht 113 vor einem Abrutschen schützt.
Im Bereich der Einkerbung 206 weist die Innenseite 1.4 des Spulenkerns 7 einen nach spulenkerninnenseitig verlaufenden Innenvorsprung 208 auf, welcher der zusätzlichen Stabilisierung des Spulenkerns 7 im Bereich der Einkerbung 206 dient. Da Material des Spulenkerns 7 zur Herstellung der Einkerbung 206 entfernt wird oder von Anfang an nicht vorhanden ist, käme es zu einer Schwächung der Wandstärke S des hohlen Spulenkerns 7 im Bereich dieser Einkerbung 206. Dies wird durch das zusätzliche Spulenkernmaterial des Innenvorsprungs 208 ausgeglichen. Eine minimale Wandstärke S im Bereich vom 1 bis 3 mm wird bereitgestellt.
Vor dem Wickeln der Spulenwicklung 103.2 um den Spulenbereich 209 wird der Draht 113 entlang des Führungsbereichs 207 von der Anwickelstelle 10 zu dem Spulenbereich 209 nach Art eines nach spulenkerninnenseitg gerichteten Bogens geführt. Um den Draht 113 entlang des Führungsbereichs 207 zu führen, greift eine Wickelvorrichtung in die Einkerbung 206 ein, an dessen unteren Bereich der Führungsbereich 207 angrenzt. Die Spulenwicklung 103.2 wird über die Übergangswicklung 103.3 gewickelt und fixiert diese zusätzlich.
In 10 sind erneut Anwickelstellen 10 der 3D-Antenne 100 gezeigt. Bei diesen Anwickelstellen 10 handelt es sich um jene Anwickelstellen 10, um welche die die Wicklungen 101, 102, 103 abschließenden Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1 mit den entsprechenden Drahtenden 111.2, 112.2, 113.2 gewickelt sind. Die Drahtführung der Drähte 111, 112, 113 entspricht der bereits in Zusammenhang mit 8b beschriebenen Drahtführungen der entsprechenden Anwicklung 101.1.
In 10 ist noch einmal die Führung des Drahtes 111 im Bereich der Übergangswicklung 101.3 von der Spulenwicklung 101.2 kommend hin zu der Anwicklung 101.1 gezeigt. Der Draht 111 der Übergangswicklung 101.3 wird von der Spulenwicklung 101.2 kommend zunächst im Wesentlichen entlang der z-Achse Z in Richtung der Unterseite 1.2 geführt. Dort wird die Übergangswicklung 101.3 über die in den Kernfuß 210 eingebrachte Führungsnut 214 zur Anwickelstelle 10 geführt. Der Draht 111 wird in der Umfangsnut 10.1 der Anwickelstelle 10 um diese gewickelt, so dass die Umwicklung 101.1 geführt wird.
Wie in 10 und auch bereits in 9a gezeigt, wird bei den die Wicklungen 101, 102, 103 abschließenden Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1 das jeweilige Drahtende 111.2, 112.2, 113.2 von der Anwickelausnehmung 11 der Anwickelstelle 10 aufgenommen. Zu diesem Zwecke wird das Drahtende 111.2, 112.2, 113.2 in die durch die U-förmigen Anwickelstellen 10 ausgebildeten Anwickelausnehmungen 11 hineingebogen.
Wie zu erkennen ist, sind die Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1 nach Art geöffneter Anwicklungen ausgebildet. Der Draht 111, 112, 113 wird zu deren Herstellung zunächst in der Umfangsnut 10.1 um die Anwickelstelle 10 herumgewickelt. Anschließend werden die einzelnen so entstehenden Drahtschleifen der Anwicklung 101.1, 102.1, 103.1 durchtrennt, so dass sich im Bereich der Anwicklung 101.1, 102.1, 103.1 Drahtöffnungen 111.3, 112.3, 113.3 ergeben. Durch diese Drahtöffnungen 111.3, 112.3, 113.3 werden Streuinduktivitäten der Anwicklung 101.1, 102.1, 103.1, welche die Güte der 3D-Antenne 100 negativ beeinflussen, vermieden, da die leiterschleifenartigen Drahtschleifen unterbrochen werden. Insbesondere bei der Verwendung eines dünnen Drahtes 111, 112, 113, d. h. bei einem Drahtdurchmesser unterhalb von 300 µm, werden die Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1 vor dem Durchtrennen im Bereich der zu fertigenden Drahtöffnungen 111.3, 112.3, 113.3 metallisiert, so dass sich die einzelnen Drahtschleifen der Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1 beim Durchtrennen gegenseitig stabilisieren.
Die Drahtöffnungen 111.3, 112.3, 113.3 werden in die Anwickelausnehmung 11 der Anwickelstelle 10 eingepresst. Ein die Drahtöffnungen 111.3, 112.3, 113.3 stabilisierender Eingriff wird auf diese Weise hergestellt. Das Durchtrennen des Drahtes 111, 112, 113 der Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1 kann in einem kombinierten Arbeitsschritt zusammen mit dem Einpressen der Drahtöffnungen 111.3, 112.3, 113.3 in die Anwickelausnehmungen 11 erfolgen. Hierzu kann ein stößelförmiges Trennwerkzeug nach Art eines Stempels in die Anwickelausnehmung 11 eingeführt werden, so dass dieses zusammen mit der nach Art einer Matrize fungierenden Anwickelausnehmung 11 den Draht 111, 112, 113 der Anwicklungen 101.1, 102.1, 103.1 entsprechend auftrennt und zugleich umformt.
Mit der vorstehend beschriebenen induktiven Spule 1 und mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens wird auf einfache Weise eine induktive Spule 1 mit verbesserter Güte angegeben.
Bezugszeichenliste

1: Spule
1.1: Oberseite
1.2: Unterseite
1.3: Außenseite
1.4: Innenseite
2: Wicklung
3: Anwicklung
3.1: Unterseite
4: Übergangswicklung
5: Spulenwicklung
6: Draht
6.1: Drahtanfang
6.2: Drahtende
6.3: Drahtöffnung
7: Spulenkern
8: Spulenbereich
9: Endbereich
10: Anwickelstelle
10a,: bAnwickelstellentyp
10.1: Umfangsnut
11: Anwickelausnehmung
11.1: Seitenwand
11.2: Seitenwand
11.3: Boden
11.4: Rückwand
11.5: Abschlusswand
11.11: Rand
11.21: Rand
11.41: Rand
11.60: Rand
12: Falz
13: Vorsprung
14: Zwischenrippe
15: Kante
100: 3D-Antenne
101: Wicklung
101.1: Anwicklung
101.2: Spulenwicklung
101.3: Übergangswicklung
102: Wicklung
102.1: Anwicklung
102.2: Spulenwicklung
102.3: Übergangswicklung
103: Wicklung
103.1: Anwicklung
103.2: Spulenwicklung
103.3: Übergangswicklung
111: Draht
111.1: Drahtanfang
111.2: Drahtende
111.3: Drahtöffnung
112: Draht
112.1: Drahtanfang
112.2: Drahtende
112.3: Drahtöffnung
113: Draht
113.1: Drahtanfang
113.2: Drahtende
113.3: Drahtöffnung
202: Stabilisierungsboden
203: Kantenpfosten
204: Spulenbereich
205: Spulenbereich
206: Einkerbung
206.1: Fläche
206.2: Fläche
207: Führungsbereich
207.1: Führungsabschnitt
207.2: Führungsabschnitt
207.3: Führungsabschnitt
207.4: Nase
208: Innenvorsprung
209: Spulenbereich
210: Kernfuß
212: Aufnahmenut
213: Führungsnut
214: Führungsnut
215: Zentriernut
A: Axialrichtung
L: Längsachse
LA: Längsachse
LA1: Längsachse
LA2: Längsachse
R: Radialrichtung
S: Wandstärke
U: Umfangsrichtung
X: x-Achse
Y: y-Achse
Z: z-Achse

Claims

Induktive Spule mit mindestens einer Wicklung (2, 101, 102, 103) aus einem elektrisch leitenden Draht (6, 111, 112, 113), einer Spulenwicklung (5, 101.2, 102.2, 103.2) der Wicklung (2, 101, 102, 103) und einer Anwickelstelle (10) zur Aufnahme einer Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) der Wicklung (2, 101, 102, 103), dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (6, 111, 112, 113) der Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) an der Anwickelstelle (10) durchtrennt ist.
Induktive Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwickelstelle (10) eine Anwickelausnehmung (11) aufweist.
Induktive Spule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwickelausnehmung (11) taschenförmig und/oder aussparungsförmig ausgebildet ist.
Induktive Spule nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwickelausnehmung (11) an der Anwickelstelle (10) entlang einer Radialrichtung (R) radial nach innen verläuft.
Induktive Spule nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anwickelausnehmung (11) in Radialrichtung (R) verjüngt.
Induktive Spule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) durchtrennte Draht (6, 111, 112, 113) vercrimpt, insbesondere in die Anwickelausnehmung (11) hineingebogen, ist.
Induktive Spule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spulenwicklung (5, 101.2, 102.2, 103.2) der Wicklung (2, 101, 102, 103) ein Spulenkern (7) angeordnet ist.
Induktive Spule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwickelstelle (10) und der Spulenkern (7) einteilig ausgebildet sind.
Induktive Spule nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern (7) einen Spulenbereich (8, 204, 205, 209) zur Aufnahme der Spulenwicklung (5, 101.2, 102.2, 103.2) aufweist.
Induktive Spule nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spulenkern (7), insbesondere dem Spulenbereich (8), und der Anwickelstelle (10) ein Vorsprung (13) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer induktiven Spule (1) mit mindestens einer Wicklung (2, 101, 102, 103) aus einem elektrisch leitenden Draht (6, 111, 112, 113), einer Spulenwicklung (5, 101.2, 102.2, 103.2) der Wicklung (2, 101, 102, 103) und einer Anwickelstelle (10) zur Aufnahme einer Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) der Wicklung (2, 101, 102, 103), wobei der Draht (6, 111, 112, 113) der Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) um die Anwickelstelle (10) gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der um die Anwickelstelle (10) gewickelte Draht (6, 111, 112, 113) der Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) durchtrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (6, 111, 112, 113) der Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) nach Fertigstellung der Wicklung (2, 101, 102, 103) der induktiven Spule (1) durchtrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der um die Anwickelstelle (10) gewickelte Draht (6, 111, 112, 113) der Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1), insbesondere vollumfänglich, metallisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der um die Anwickelstelle (10) gewickelte Draht (6, 111, 112, 113) der Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) im Anschluss an die Metallisierung durchtrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (6, 111, 112, 113) der Anwicklung (3, 101.1, 102.1, 103.1) zum Durchtrennen in eine Anwickelausnehmung (11) gedrückt wird.