DE1901812A1 - Herstellungsverfahren fuer elektromagnetische Bauteile mit gegossenen und waehlbar anschliessbaren Windungen - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 13. Januar 1969 at-hn

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FI 9-67-124

Herstellungsverfahren für elektromagnetische Bauteile mit gegossenen und wählbar anschließbaren Windungen

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegossenen, einen Kern umschlingenden Wicklungen bei elektromagnetischen Bauteilen, insbesondere Impulstransformator en, deren Windungen durch eine Brückenleitung wählbar anschließbar sind.

Derartige Impulstransformatoren oder ähnliche elektromagnetische Bauelemente, deren Abmessungen so klein sind, daß sie zu den Miniaturbauelementen zählen, werden in großer Stückzahl in den Schaltungsanordnungen für datenverarbeitende Maschinen, in elektronischen Steuerungsanlagen oder beispielsweise in Fernsehgeräten verwendet. Auch als Speicherelemente finden sie Anwendung. -

Die allgemein dem Fachmann bekannten Impulstransformatoren wurden bisher in der Weise gefertigt, daß bei kleineren Stückzahlen die Windungen

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manuell von Hand aus sehr dünnem isoliertem Draht hergestellt wurden. Dieses Herstellungsverfahren ist kostspielig und hat außerdem den Nachteil, daß die elektrischen Werte dieser Impulstransformatoren einen relativ großen Streubereich aufweisen. Die Anwendung von Ringkern-Wi ckelma· schinen ist nur bei größeren Ausführungen von Impulstransformatoren möglich und nicht bei derartig kleinen Bauelementen, deren Abmessungen etwa bei 12, 5 χ 6, 5 χ 3, 5 mm liegen. ■ .

Durch die deutsche Patentschrift 1 245 495 wurde ein Verfahren zur Massenfertigung von elektrischen Bauelementen bekannt, bei denen ein magnetischer Ringkern mit Windungen versehen werden soll. Bei diesem Verfahren wird ein Rohr aus magnetischem Material innen und außen mit einer isolierenden Vergußmasse überzogen und in diese Vergußmasse werden in genau definierten Abständen in axialer Richtung verlaufend die Leiterdrähte eingebettet. Anschließend wird das von den Leitern umgebene Rohr zerschnitten, so daß ringförmige Scheiben entstehen. Durch eines der bekannten Photo-Ätzverfahr en werden die Verbindungen zwischen den äußeren und inneren Leitern hergestellt, so daß sich den Kernquer schnitt umschlingende Windungen bzw, Wicklungen ergeben.

Durch die amerikanische Patentschrift 3 319 207 wurde ein Verfahren zur Herstellung von einen Kern umgebenden Windungen bekannt, bei dem der Kern aus einer ringförmigen Isoliermasse, z.B. Keramik, besteht, in welche einen schraubenförmigen Verlauf aufweisend Rillen z.B. durch Einschleifen eingearbeitet sind. Diese Rillen werden mit einem Metallnieder schlag ausgefüllt, wodurch sich eine Wicklung ergibt.

Ein anderes Herstellungsverfahren für miniaturisierte Wicklungen, die auf einem länglichen Kern angeordnet sind und z.B. bei Uhren verwendet werden, wurde durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 439 264 bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Kern mit einem Metallüberzug versehen und

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durch ein Photo-Lithographie-Verfahren wird das Muster der Wicklung auf dem Metallüberzug dargestellt. Der nicht für die Wicklung benötigte Metallüberzug wird durch Ätzen oder Abschleifen entfernt.

Diese vorgenannten bekannten Verfahren zur Herstellung von Wicklungen, die einen vorzugsweise ringförmigen magietischen Kern umschlingen, sind fabrikationstechnisch für die Massenfertigung noch zu aufwendig und ergeben dadurch zu hohe Gestehungskosten. Es wurden bereits andere, vorteilhaftere Herstellungsverfahren zur Massenfertigung von elektromagnetischen Bauteilen, insbesondere Impulstransformatoren, vorgeschlagen, bei denen ein vorzugsweise ringförmiger magnetischer Kern mit einem isolierenden Überzug versehen wird. Dieser isolierte Kern wird in eine Spritzgußform eingesetzt, die ein Rillenmuster der Windungen der Anschlußverbindungen und der Anschlußfahnen enthält. Durch Einpressen von flüssigem Leitermetall in die Hohlräume dieser Spritzgußform bilden sich die Windungen bzw. Wicklungen, die Anschlußverbindungen und die Anschlußfahnen. Ijst einem folgenden Arbeitsgang werden eventuell entstandene Gießgrate entfernt. Dieses Verfahren hat die Vorzüge, daß eine Fließbandfertigung möglich ist und daß mehrere Bauteile gleichzeitig in nur wenigen Minuten herstellbar sind.

Bei einem cJinlichen Verfahren, bei dem ebenfalls die Windungen und Anschlußverbindungen gegossen werden, wird zuerst in einer Spritzgußform ein Kunststoffkörper aus Epoxydharz geschaffen, in den der Ringkern eingebettet ist und in dessen Oberfläche eine Anzahl Rillen für die Leitungszüge enthalten sind« Die Rillen entsprechen dem Muster der Windungen und der Anschlußverbindungen. Dieser Kunststoffkörper wird in eine einfache Spritzgußform eingesetzt und durch das Einpressen von flüssigem Leitermetall werden die Rillen und Hohlräume im Kunststoffkörper ausgefüllt, so daß Windungen bzw. Wicklungen mit den dazugehörenden Anschlußfahnen oder -stiften entstehen. Nach dem Entfernen eines eventuell vorhandenen Gießgrates stehen fertige Bauelemente zur Verfügung,

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Selbstverständlich werden bei einer rationellen Massenfabrikation gleichzeitig mehrere derartige Bauteile gefertigt. Dies hat zur Folge, daß auch mehrere Spritzgußformen gleichzeitig zur Verfügung stehen müssen, da diese Spritzgußformen mit dem genau eingesetzten Kern sehr präzise und sorgfältig gearbeitet sein müssen, insbesondere bedingt durch die winzigen Abmessungen für die Rillen der Windungen und die Anschluß verbindungen werden die Kosten für eine derartige Spritzgußform ziemlich teuer.

Den technischen Erfordernissen entsprechend werden in den Schaltungsanordnungen elektromagnetische Bauteile z.B. Impulstransformatoren mit unterschiedlichen Wickeldaten benötigt, z.B. derart, daß bei den einzelnen Serien ein unterschiedliches übersetzungsverhältnis zwischen der Primärund der Sekundärwicklung gefordert wird, oder daß mehrere Wicklungen aus den Windungen gebildet werden sollen, oder daß die Wicklungen Mittelanzapfungen erhalten usw.

Alle diese möglichen Kombinationen, von denen eine größere Anzahl verwirklicht werden muß, um die benötigten unterschiedlichen Typen von Impulstransformatoren oder ähnlichen Bauteilen zu schaffen, bedingen, daß eine entsprechende Anzahl von den teueren Spritzgußformen anzufertigen wäre. Da der Stückzahlbedarf von Impulstransformator en unterschiedlicher Type stark schwanken kann, hätte dies zur Folge, daß die Kosten für einzelne Typen der Impulstransformatoren ebenfalls stark streuen und der Rationalisierungsnutzen verloren gehen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Schaffung eines Herstellungsverfahrens für gegossene elektromagnetische Bauteile, insbesondere Impulstransformatoren, deren einen Kern umschlingende Windungen wählbar anschließbar sind, bzw. bei 'denen das Übersetzungsverhältnis der Wicklungen zueinander beim Beginn des Fertigungsprozesses einstellbar ist; so daß eine rationelle Herstellung verschiedener Typen oder Serien, die auch nur kleine Stückzahlen umfassen können, bei nur geringen Gestehungs-

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kosten möglich ist. Die Anpassung an die Erfordernisse der jeweilig zu fertigenden Typen soll keine Neuanfertigung bzw. erhebliche Änderungskosten der Spritzgußformen verursachen; es sollte vielmehr eine leichte, flexible Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse gegeben sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zu umwickelnde Kern mit einer, eine ebene oder eine den Wicklungen entsprechende Rillen aufweisenden Isolierschicht umgeben und sodann a,

dementsprechend
in einey den Wicklungen entsprechende Rillen aufweisende oder eine ebene Oberfläche aufweisende Gießform eingesetzt wird, und daß zur Herstellung von Anzapfungen, von jeder der derart gebildeten Wicklungsrillen eine zu einer Brückenleitung führende Rille in der Gießform oder in der Isolierschicht angebracht wird, die mittels quer zu der Rille durch die Gießform verschiebbarer Stifte wahlweise entsprechend den herzustellenden Anschlüssen geöffnet oder geschlossen werden.

Dieses erfindungsgemäße Herstellungsverfahren hat den Vorzug, daß z.B. bei Impulstransformatoren, von denen Typen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen oder mit einer unterschiedlichen Anzahl von Windungen in den Wicklungen benötigt werden, lediglich nur eine Spritzgußform, vorhanden sein muß. Durch das Einstecken der verschieden langen Stifte in die Bohrungen der Spritzgußform., die über den Verbindungspunkten zwischen den Windungsanzapfungen und der Brückenleitung angeordnet sind, sind die verschiedensten Kombinationen und Variationen der Wicklungen zueinander möglich.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungs gemäß en Herstellungsverfahrens wurde durch die Anordnung von die Spritzgußform durchdringenden Kanälen erreicht. In diesen Kanälen werden die Leiter für die äußeren Windungsstrecken beim Gußvorgang gebildet. Durch das Einsetzen von Bolzen, deren freie Länge der Länge einer äußeren Windungs strecke entspricht, kann die Erzeugung von äußeren Windungs strecken erzielt oder

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verhindert werden, je nachdem, welches Gußverfahren verwendet wird. Dadurch ist es möglich, unerwünschte Induktionseinflüsse von nicht benötigten Windungen zu vermeiden.

Wie bereits einleitend erwähnt wurde, können die Windungen und Anschlußverbindungen bereits in einem ersten Verfahrensschritt durch das Einpressen von flüssigem Metall in eine Metallspritzgußform erzeugt werden, oder auch nach einem anderen vorgeschlagenen Verfahren, bei dem zunächst ein Kunststoffkörper aus Isoliermaterial geschaffen wird, in den der magnetische Ringkern eingebettet ist, und in dessen Oberfläche die Rillen und Kanäle für die Leitungsführung enthalten sind, welche in einem folgenden Verfahr ens schritt in einer ebenen Metallspritzgußform ausgegossen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: in perspektivischer Darstellung die Ansicht auf die Oberseite eines elektromagnetischen Bauteiles, insbesondere eines Impulstransformators mit eingekapseltem magnetischem Ringkern vor dem Eingießen der Windungen und der Verbindungsleitungen,

Fig. 2: eine Querschnittansicht entlang der Linie 2-2, Fig. 1, durch

eine Gießform, in die ein magnetischer Ringkern eingesetzt ist,

Fig. 3: eine Querschnittansicht durch die Spritzgußvorrichtung zum

Herstellen der Windungen und der Verbindungsleitungen für das in der Fig. 1 dargestellte Bauteil,

Fig. 4: eine Draufsicht auf einen fertigen Impulstransformator mit gegossenen Verbindungsleitungen und Windungen,

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Fig, 5: eine Querschnittansicht durch die Fig. 4 entlang der Linie 5-5,

Fig. 6: einen Ausschnitt aus der Fig. 4, entlang der Linie 6-6,

Fig. 7: einen Teilschnitt entlang der Linie 7-7 in der Fig. 4,

Fig. 8: die Unteransicht des eingekapselten Impulstrans formate· rs nach

Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt eine gegossene, in eine Isolierschicht eingekapselte Kerneinheit 10, die noch mit Windungen und Verbindungsleitungen zu komplettieren ist, um einen Impulstransformator oder ein ähnliches elektromagnetisches Bauteil zu erhalten. Diese Kerneinheit 10 enthält einen ringförmigen magnetischen Kern 12, der voll ständig von einer Isolierschicht 14, folgend Kunststoffgehäuse 14 genannt, umgeben ist. Das Kunststoffgehäuse 14 hat eine öffnung 14X, die durch das Zentrum des ringförmigen Kernes 12 verläuft und an seiner äußeren Anschlußseite sind zwei Führungsleisten 14Y angeordnet, die bei der Montage des Bauteiles auf einer Schaltungskarte zweckmäßig sind. Der Kunststoffkörper 14 enthält rund um den ringförmigen Kern 12 eine Anzahl von Kanälen und Rillen, die serial miteinander verbunden sind und einen Pfad für die schraubenförmigen Windungen bilden. Da das in χ ig. 1 dargestellte und in diesem Beispiel zugrundeliegende Bauteil ein Impulstransformator sein soll, welcher eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung enthält, sind die im Kunststoffkörper 14 enthaltenen Rillen und Kanäle als zweigängier Schraubenzug zu gestalten, zwecks Bildung einer separaten Primär- und einer Sekundärwicklung. Diesbezügliche Einzelheiten werden nachstehend erläutert. In enger Nachbarschaft zum äußeren Umfang des Kernes 12 sind eine Anzahl Kanäle 16 angeordnet, die das Kunststoffgehäuse 14 transversal durchdringen, d.h. parallel zur Mittelachse des Kernes 12 verlaufend. Desgleichen ist eine Anzahl von Rillen 18 in die Kunststoffwand der zentralen öffnung des Ringkernes 12 einge-

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prägt. Diese Rillen 18 verlaufen ebenfalls in axialer Richtung zum Kernmittelachse.

Die schraubenförmig verlaufenden Windungszüge, das sind die Kanäle und Rillen, welche beim Gußvorgang mit flüssigem Metall gefüllt wurden und die dann die Wicklungen ergeben, bilden sich durch die seriale Verbindung der einzelnen Windungsstrecken. Eine derartige Windungsstrecke umfaßt einen Kanal 16, eine Rille 18 und die Rillen 2OX und 2OY, welche ein Zick-Zack-Muster bilden, wobei die Rillen 2OX und 2OY auf den beiden Stirnseiten des Kunststoffkörpers 14 eingeformt sind, wo sie die äußeren Kanäle 16 mit den inneren Rillen 18 verbinden. Aus der Fig, 4 ist das Wicklungsmuster und der Verlauf der Kanäle 16 und der Rillen 14X, 2OX und 2OY zu ersehen. Die Fig. 4 zeigt, daß die Rillen 2OX und 20Y schräg verlaufen, daß die Richtung ihres Verlaufes jedoch zueinander entgegengesetzt ist und daß die Rillen 2OX auf der einen und die Rillen 2OY auf der anderen Stirnseite des Kunststoffkörpers 14 angeordnet sind. Die einzelnen Windungen sind zu zwei Wicklungen, bezeichnet mit A und B, so zusammengefaßt, daß die zwei Wicklungen ineinandergeschachtelt verlaufen, d.h. auf eine Windung der Wicklung A folgt eine Windung der Wicklung B. Der magnetische Kern 12 dieses Impulstransformators ist mit 22 Windungen umgeben, von denen jeweils 11 Windungen der Primär- und der Sekundärwicklung zugeordnet sind. Das Muster der Fig. 4 zeigt, daß eine bifilare Wicklungskonfiguration vorliegt.

Aus der Fig. 1 ist zu ersehen^ daß in der Oberseite des Kunststoffkörpers 14 eine Anzahl von in longitudinaler Richtung verlaufender Rillen 22a und 22b vorgesehen sind, die zueinander einen bestimmten Abstand aufweisen. Jede der Rillen 22a führt zu einem Kanal 16 der Wicklung A und jede der Rillen 22b ist mit einem Kanal 16 der Wicklung B verbunden. Auf der Oberflächenseite des Kunststoffkörpers 14 befindet sich jeweils links und 'rechts außen eine senkrecht verlaufende Rille 24a und 24b, für jede Brückenleitung 124a, 124b. Jede der vorstehend erwähnten waagrecht ver-

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laufenden Rillen 22a und 22b kann wahlweise mit einer der senkrecht verlaufenden Rillen 24a und 24b verbunden werden. Durch diese Rillenanordnung wurde eine Einrichtung geschaffen, die es ermöglicht, einen wählbaren offenen Pfad für das flüssige Metall beim Gießvorgang zu bilden, der von einer senkrechten Rille 24a, 24b zu einem beliebigen Kanal 16- führt.

Auf der anderen Stirnseite des Kunststoffkörpers 14, siehe Fig. 8, befinden sich die Rillen 30a und 30b, diese erstrecken sich von der Anschlußseite des Kunststoffkörpers 14 zu den inneren Rillen 18 und dienen zur Herstellung der Leitungsverbindung en von den Wicklungsenden zu den Anschlußpunkten 26.

Wie bereits erwähnt wurde, besteht die Primärwicklung aus 11 aneinandergereihten Windungen, von denen jede den Kern 12 umfaßt, das gleiche ist für die Sekundärwicklung zutreffend. Je nach den vorliegenden Erfordernissen, z.B. Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Impulstransformators ist die Anzahl der zu einer Wicklung zugeordneten Windungen variierbar. Die Rillen 22a und 24a und die Rillen 22b und 24b in der Oberseite des Kurs tstoffkörpers 14, sowie die Rillen 30a und 30b in der Unterseite des Kunststoffkörpers 14, die zu den Anschluß stiften 26a und 26b führen, dienen zur Auswahl und zum Anschluß der erforderlichen Windungen für die Wicklungen. Die Anechlußstifte 26a und 26b sind im Kunststoffgehätise 14 fest verankert, sie wurden bereits beim Herstellen des Kunststoff gehäuses nach Fig. 2 eingesetzt und zum Teil mit dem Kunststoffmaterial umgössen. Eine zuverlässige Kontaktverbindung zwischen den Verbindungsleitungen 30a und 30b und den eingebetteten Anschlußstiften 26a und 26b wird dadurch geschaffen, daß im Kontaktkörper 14 die Bohrungen 28a und 28b angebracht sind, die zu den Anschluß stift en 26a und 26b führen, das beim Gußvorgang in diese Bohrungen einfließende flüssige Metall verbindet sich mit den Anschlußstiften, siehe Fig. 6.

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Die benötigte Verbindung zwischen den Anschluß stiften 26a und 26b und den zugeordneten Wicklungsenden wird normal durch einfache Leitungsverbindungen hergestellt. In diesem Beispiel jedoch werden "die Anschlußverbindungen als gegossene metallische Leitungszüge ausgeführt. Für die Primär wicklung besteht die Anschlußverbindung aus den in Reihe geschalteten Leitungszügen einer der Rillen 22a der Windungsanzapfungen und der Rille 24a der Brückenleitung 124a. Die Anschlußverbindung der Sekundärwicklung wird gebildet aus der Serienschaltung einer der Rillen 22b der Windungsanzapfungen und der zugeordneten gegenüberliegenden Rille 24b der Brückenleitung 124b.

Die Fig. 2 zeigt im Schnitt eine bekannte Gießform 50, die dazu verwendet wird, das in der Fig. 1 dargestellte Kunststoffgehäuse 14 herzustellen, mit der darin eingekapselten Kerneinheit 10. Diese bekannte Gießform 50 hält die Einfüllöffnung 60, durch welche der plastische Kunststoff 54 in die Formteile 56a und 56b gepreßt wird. Eine äußere Platte 58, die die Einfüllöffnung 54 enthält, liegt auf dem oberen Formteil 56a auf. Die Einfüllöffnung 60, in der Druckkolben 52 beweglich angeordnet ist, gabelt sich unten in die Einspritzkanäle 62 auf. Die Mundstücke dieser Einspritzkanäle stehen mit den stern- und strahlenförmig vom Zentrum der Gießform ausgehenden Rillen und Aussparungen in Verbindung, so daß eine allseitige Verteilung des eingepreßten Materials erfolgt. Diese Einfüllanordnung bewirkt, daß, sobald, wenn der Druckkolben 52 nach unten bewegt wird, das plastische Material in de Hohlräume 64 der Formteile 56a und 5.6b gepreßt wird.

Der ringförmige Kern 12 wird, bevor die beiden Formteile 56a und 56b miteinander verbunden und geschlossen werden, in das untere Formteil 56b eingesetzt. Dieses Formteil 56b weist in seiner Mitte ein zapfenförmiges Formteil 56z auf, Zwecks Erhalt der richtigen Lage und zur Ausrichtung des Kernes 12 in dem zapfenförmigen Formteil 56z enthält dieses Stifte und Ansätze, die jedoch nicht in der Fig. 2 dargestellt sind. Daß

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diese Tragestifte jedoch vorhanden sind, ist in der Fig. 5 daran zu erkennen, daß sich in dem Kunststoffkörper 14 eine öffnung 29 bildet.

In der Gießform 56 ist die Oberfläche der Hohlform 64 so gestaltet, daß sich nach dem Einspritzen des Kunststoffes der in Fig. 1 abgebildeten Kunststoffkörper 14 ergibt, in welchem der Ferritkern, allseitig von einer definierten Isolierschicht umgeben, eingebettet ist. Die Seitenwände, die Grundseite und die Deckseite der Hohlform 64 in den Formteilen 56a und 56b, sind mit Rippen 66, Ansätzen und Vorsprüngen versehen, welche dazu dienen, die Rillen zu formen, welche beim späteren Metallguß die Wicklungen bilden. Oder, in anderen Worten ausgedrückt, die Rippen 66 usw. sind so angeordnet, daß sich die schraubenförmig verlaufenden Züge für die Rillen 18, 2OX, 2OY für die Windungen und auch die Rillen 22a, 24a, 22b und 24b für die Anzapfungen und die Brückenleitungen ergeben.

Entsprechend der vorgesehenen Anzahl der vorstehend erwähnten Kanäle 16, in denen später die in axialer Richtung verlaufenden äußeren Windungsstrecken sich bilden, sind Stifte 68 in das untere Formteil 56b eingesetzt. Die beiden Teile 56x und 56y in dem Formteil 56b dienen zur Bildung der öffnungen 28a und 28b in welche beim späteren metallischen Guß eine Verbindung zwischen den Anschlußstiften 26a, 26b und den Verbindungsleitungen bzw. den Brückenleitungen hergestellt wird«

Im oberen Formteil 56a, sind, wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, kurze Stifte 70 und etwas längere Stifte 72 eingesetzt. Von jedem dieser Stifte 70 und 72 ist eine Anzahl vonanden und diese sind den Erfordernissen entsprechend wählbar verteilt in das obere Formteil 56a einsetzbar, dadurch können die Rillen 22a und 22b für die Anzapfungen 122a, 122b entweder gleichmäßig oder ungleichmäßig wählbar gemacht werden. Dies hängt davon ab, welche Anzahl von Windungen für die Wicklungen des Impulstransformators bei der Fabrikation benötigt werden. Ein langer Stift 72, der in einer geeigneten Bohrung gehalten wird, erstreckt sich genügend weit durch

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eine öffnung in einer "Rippe 66, welche zur Erstellung einer Rille 22a dient. Der lange Stift 72 ragt so weit hinein, daß sich an dieser Stelle keine Rille im Kunststoffkörper 14 bildet; oder, in anderen Worten ausgedrückt, durch die Länge des Stiftes 72 wird bewirkt, daß eine gleichmäßig verlaufende Rille 22a durch eine zylindrische Aussparung 23a unterbrochen wird. Demzufolge wird durch die Anordnung des langen Stiftes 72 an einer gewählten Stelle ein Pfad für das flüssige Metall der nachfolgenden Gießoperation und damit eine Verbindung zwischen einer Anzapfung und einer B-rückenleitung geschaffen.

Das in der Fig. 1 dargestellte Formmuster für die Leitungsführung ergibt vollständige Windungen für die Primär- und die Sekundärwicklung beim nachfolgenden Guß mit flüssigem Metall. Die langen Stifte 72 werden am zweckmäßigsten an den Stellen für die untersten Rillen 22a und 22b der Anzapfungen eingesetzt, um einen kontinuierlichen Pfad für das flüssige Metall zu bekommen, das sich dann in allen Rillen verteilen kann. Die kurzen Stifte 70 werden an den Stellen eingesetzt, wo eine Unterbrechung zwischen den Rillen 22a für die Anzapfungen und 22b der Brückenleitung erfolgen soll. Die Unterbrechung der Rillen kommt dadurch zustande, daß an den Stellen unter den kurzen Stiften die Rillenzüge mit Kunststoffmaterial ausgefüllt werden. Von den mehreren möglichen Metall-Flußpfaden 23 ist es möglich, durch eine Änderung der Einsetzstelle der langen Stifte 72, nur einen metallischen Flußpfad zu erstellen. Somit ist es möglich, falls die Primärwicklung nur eine Windung aufweisen soll, daß der lange Stift 72 so an einer Stelle eingesetzt wird, daß die nächste benachbarte Rille 22a einer Anzapfung unterbrochen wird,

Wenn die beiden Formteile 56a und 56b zusammengefügt sind, wird der Kunststoff 54 in die Gießform eingepreßt, wodurch alle Hohlräume in dieser Gußform mit Kunststoff ausgefüllt werden. Dadurch wird auch der 'Kern 12 vollständig mit Kunststoff umgeben, desgleichen werden auch die Anschluß stifte 26a und 26b mit eingebettet. Nach Vollzug dieses Gußvor-

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gangs ergibt sich das in Fig. 1 dargestellte Kunststoffgehäuse 14 mit den eingeprägten Rillen, Kanälen und Öffnungen. Aus den Fig. 6 und 7 ist die Einbettung der Anschluß stifte 26a und der Verlauf der durch den Kunststoffkörper 14 verlaufenden Öffnungen für die Anschlußleitungen zu ersehen.

Es wurde gefunden, daß für die Fabrikation des Kunststoffgehäuses 14 am zweckmäßigsten ein wärmehärtendes Kunststoffmaterial zu verwenden ist; insbesondere Epoxydharz ist besonders gut zur Einkapselung bzw. Einbettung des Ringkerns 12 geeignet. Außerdem ist Epoxydharz sehr, gutes Isoliermaterial, wodurch sich der weitere Vorzug ergibt, daß die erforderliche Isolation zwischen dem elektrisch leitenden Ferritkern 12 und den Metallwicklungen durch die Verwendung dieses Epoxydharzes erzielt wird. Für das Einspritzen des Kunststoffes wurde eine Temperatur von 170°C j
liegen.

170 C gewählt, diese kann jedoch auch im Bereich von 143 bis 185 C

Aus den Figuren dieses Beispiels geht hervor, daß nur eine Hohlform und ein magnetischer Kern 12 vorgesehen sind. Diese einfache Anordnung wurde lediglich aus zeichnerischen Gründen gewählt zwecks besserer Darstellung. Es ist verständlich, daß den Erfordernissen der Fabrikation entsprechend mehrere Ringkerne bzw. mehrere Kunststoffkörper im gleichen Arbeitstakt verarbeitet werden können. Es wird in diesem Zusammenhang " ' auch darauf hingewiesen, daß durch die vorstehend beschriebene Einkapselung von Kernen 12 sich der bedeutende Vorteil ergibt, daß Maßtoleranzen der Kerne praktisch eliminiert werden. Es ist nicht erforderlich, daß die Kerne 12, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingekapselt und mit Wicklungen versehen werden, vorher auf ihre präzise Maßhaltigkeit geprüft werden müssen. Es sind somit Kerne, die eine große Toleranz aufweisen, zur Verwendung in der Spritzgußform zwecks Einkapselung verwendbar. Nachdem, der geformte Kunststoffkörper 14 gemäß der Fig. 2 hergestellt ist und, wie Fig. 1 zeigt, mit den Rillen, Kanälen und Öffnungen versehen ist, kann er durch das Eingießen von flüssigem Metall kpmplefr-

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tiert werden. Es wurde bereits erwähnt, daß die "Kanäle und Rillen, die die Windungen bzw. die Wicklungen bilden, serial miteinander verbunden sind und daß die Windungen den eingekapselten Kern 12 schraubenförmig umschlingen. Eine Windung besteht somit aus der Aneinanderreihung folgender Windungsstrecken: Ausgehend von einer Rille 18, die sich am inneren Umfang des eingekapselten Kernes 12 in axialer Richtung erstreckt, ist das eine Ende dieser Rille 18 mit einer schräg verlaufenden Rille 2Ox in der oberen Stirnseite des Kunststoffkörpers 14 verbunden. Das Ende dieser schräg verlaufenden Rille 2Ox ist wiederum mit einem Kanal 16 verbunden, dessen anderes Ende mit einer schräg verlaufenden Rille I6y auf der anderen Stirnseite des Kunststoffgehäuses 14 in Verbindung steht. Es wurde bereits erwähnt, daß die beiden schräg verlaufenden Rillen 2Ox und 2Oy eine »»einander entgegengesetzte Richtung aufweisen. Das Ende der schräg verlaufenden Rille 2Oy führt zu einer Rille 18, dem Anfang der zweiten Wicklungswindung. Diese zweite Rille 18 der zweiten Windung ist von der erstgenannten Rille 18 der ersten Windung um zwei Abstände entfernt. Auf eine Windung der Primärwicklung folgt eine Windung, die der Sekundärwicklung zugeordnet ist, dann folgt wieder eine Windung, zugeordnet der Primärwicklung und dann wieder eine Windung, zugeordnet der Sekundärwicklung usw. Oder, in anderen Worten ausgedrückt, die Primärwicklung und die Sekundärwicklung sind bifilar ineinander gewickelt.

Als nächster Verfahrens schritt erfolgt der mit dem flüssigen Metall vorzunehmende Gußvorgang zur Erstellung der Leitungszüge. In Fig. 3 ist schematisch ein Schnitt durch die Spritzgußform 400 und den darin angeordneten Kunststoffkörper 14 dargestellt. Bei dieser Metall-Spritzgußform 400 handelt es sich um eine dem Fachmann bekannte Ausführung. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß das zu verarbeitende Objekt, in diesem Fall der Kunststoffkörper 1.4, nur sehr kleine Abmessungen, etwa 12, 5 mm χ 6,35 mm χ 3, 2 mm aufweist. Durch diesen zweiten Arbeitstakt soll erreicht werden, daß die in dem Kunststoffkörper 14 befindlichen

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Rillen, Kanäle und Aussparungen mit Metall ausgefüllt werden, daß sich dadurch die Wicklungen und die Anschlußverbindungen bilden und daß am Ende des Gießvorganges ein fertiges Bauelement, in diesem Fall ein Impulstransformator, zur Verfügung steht. Der Kunststoffkörper 14 mit dem eingekapselten Kern 12 ist gemäß Fig. 3 in die aus den beiden innen ebenen Spritzgußformteilen 400a und 400b bestehenden Spritzgußform 400 eingebettet. Die beiden Spritzgußformteile 400a und 400b werden durch eine Preßkraft von etwa 450 kg zusammengehalten. Die Spritzgußform 400 wird auf einer Temperatur von etwa 226 C gehalten, wert hängt jedoch von der Art des zu vergießenden Metalles ab. Es hat sich herausgestellt, daß bei einer wesentlich niedereren Temperatur als die vorgenannte, sich Probleme ergeben können dadurch, daß das eingespritzte Metall vorzeitig erkaltet und nicht in alle Rillen dringt oder daß sich ein fehlerhafter Guß ergibt. Als bestes Gießmaterial für diesen Zweck wurde eine aus den Metallen Silber und Zinn bestehende Legierung gefunden, bei der der Anteil des Silbers etwa im Bereich 5 bis 15 % liegen sollte. Während, wie bereits erwähnt wurde, in dieser Beschreibung und in den Figuren lediglich nur ein in eine Isolierschicht eingekapselter Kern 10 umspritzt wird, ist es in der Fabrikation aus wirtschaftlichen Gründen zweckmäßig, gleichzeitig mehrere Kunststoffkörper 14 zu verarbeiten.

Das flüssige Gießmetall, bestehend aus der Zinn-Silber-Legierung, wird unter Druck durch den Eintrittstutzen 410 in die Spritzgußform 400 eingepreßt. So, daß alle Kanäle, Rillen und Aussparungen in dieser Form mit dieser Legierung zuverlässig gefüllt werden. Dieser Gußvorgang hat den wesentlichen Vorteil, daß er sehr einfach auszuführen ist, daß die Spritzgußformteile 400a und 400b keine speziellen Züge für das flüssige Material aufweisen müssen, sondern daß eine glatte Oberfläche der inneren Hohlform der Spritzgußformteile 400a und 400b genügt.

Die Fig. 4 bis 8 zeigen ein fertiges Bauteil - einen Impulstransformator -

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der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Man kann ersehen, daß nach dem Gußvorgang sich in den Rillen 18, 2Ox und 2Oy und den Kanälen 16 sich die metallischen Leitungszüge 118, 12Ox, 12Oy und 116 der Windungen gebildet haben. Somit wurden die zwei, den eingekapselten Kern 12 umschlingenden Wicklungen, eine Primär- und eine Sekundärwicklung des Impulstransformators geschaffen.

Die auf der oberen Stirnseite des .Kunststoffkörpers 14 erstellten Wicklungsanzapfungen 122a und 122b, die mit den entsprechenden Windungen verbunden sind und die senkrechten Leitungszüge der Brückenleiter 124a und 124b wurden ebenfalls durch das Ausgießen der entsprechenden Rillen 22a und 22b, 24a und 24b gebildet. Die auf der anderen Seite des Kunststoffkörpers 14 als Verbindungsleitungen 130a und 130b dienenden Leitungszüge wurden ebenfalls durch das Ausgießen der entsprechenden Rillen 30a und 30b mit flüssigem Metall geschaffen. Die von den Windungen zu den äußeren Anschlußstiften 26a, 26b und den senkrechten Leitungzügen der Brückenleiter 124a und 124b führenden Anschlußverbindungen 122a und 122b enthalten die mit Metall gefüllten Verbindungsöffnungen 123a und 123b. Diese metallgefüllten öffnungen dienen als Verbinder für die Wicklungsanzapfungen zu den senkrechten Brückenleitungen 124a bzw. 124b. Diese Verbindungspunkte 123a und 123b sind durch das Ausgießen der Öffnungen 23a und 23b entstanden. Diese wählbaren öffnungen 23a und 23b, sind, wie bereits erwähnt wurde, dadurch entstanden, daß entsprechend lange Stifte 72 vor dem Herstellen des Kunststoffkörpers 14 in die entsprechenden Stellen, welche als Anzapfungen für die Wicklungen vorgesehen sind, in Bohrungen der Gießform 56 gesteckt wurden. Aus der Fig. 4 ist weiter zu ersehen, daß die öffnungen 28a und 2Sb, die zu den Anschlußstiften 26 führen, mit den metallischen Leitern 128a und 128b ausgefüllt sind. Die Fig. 4 zeigt außerdem, daß der Kunststoffkörper 14 zwei komplette Wicklungen enthält, die mit den An Schluß stiften verbunden sind.

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Bedingt durch erforderliche Abstände zwischen den Rillen 22a, 22b und den zugeordneten Rillen 24a, 24b auf der oberen Seite des Kunststoffkörpers 14 kann nur eine begrenzte Anzahl von Kombinations verbindung en zu den Windungen bzw. den Wicklungen der Primär- und Sekundärwicklung hergestellt werden. Sollte es erforderlich sein, daß weitere Windungs- bzw. Wicklungsanzapfungen benötigt werden, dann ist es möglich, diese auf der anderen Seite des Kunststoffkörpers 14 unterzubringen.

Durch die folgend beschriebene Modifikation ist eine Verbesserung der Ansprechzeit eines nach dem erfindungs gemäß en H er stellungsver fahrendefertigten Impulstransformators möglich. Diese Modifikation hat die Aufgabe, die Induktivitäten der miteinander gekoppelten Wicklungen zu verringern. Wird z.B. in einer Wicklung nur ein Teil der vorhandenen Windungen benötigt, dann sind die restlichen, nicht benötigten Windungen noch über den magnetischen Fluß angekoppelt und bei einem Schaltvorgang ergeben sich dadurch längere' Verzögerungen. Diese Verzögerungen können dadurch verhindert werden, daß an der Stelle, an welcher die Anzapfung der Wicklung erfolgt, die restlichen, nicht benötigten Windungen abgetrennt werden, wodurch sich die Induktivität dieser verkürzten Wicklung verringert. Diese Verkürzung der Wicklung ist dadurch erreichbar, daß vor dem Herstellen des Kunststoffkörpers 14 der auf die gewünschte Anzapfung folgende Kanal 16 der gleichen Wicklung nicht mit einem Stift 68 versehen wird. Dadurch fließt beim Herstellen des Kunststoffkörpers 14 in diesem Kanal 16 Kunststoff und der Leitungszug dieser Wicklung ist somit unterbrochen, d.h. im folgenden Gießvorgang, in welchem diese Leitungswege mit flüssigem Metall ausgefüllt werden, kann dieses nur in die offenen Kanäle fließen.

Durch das vorgenannte erfindungs gemäße Herstellungsverfahren wurde eine neue Technik zur Herstellung von verschiedenen wünschbaren Windungs bzw. Wicklungsvariationen und Kombinationen bei elektrischen Bauelemen-

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ten geschaffen, die einen magnetischen Kern aufweisen, der von Windungen umschlossen wird. Bei diesen Bauelementen handelt es sich vorzugsweise um Impulstransformatoren, Speicheranordnungen oder ähnliche elektromagnetische Bauelemente. Es ist ein Merkmal dieser Erfindung, daß eine Vielzahl von verschiedenen Windungs- bzw. Wicklungskombinationen relativ einfach unter Verwendung nur. einer einzigen Kunststoff-Spritzguß form herstellbar ist. Bei diesem Verfahren werden zunächst die später zu schaffenden Leitungszüge negativ, z.B. als Rillen, Kanäle, Aussparungen in einem aus Kunststoff bestehenden Körper 14, der auch den magnetischen Kern 12 einschließt, in einem Gießvorgang eingeprägt. Durch das Einsetzen von kürzeren oder längeren Stiften in diese erste Gießform kann die Konfiguration der gewünschten Wicklungskombination erstellt werden. Je nachdem, ob kürzere oder längere Stifte in diese Gießform bzw. in eine Rille ragen, wird an dieser Stelle Kunststoff angesammelt bzw. das Ansammeln von Kunststoff verhindert. Beim anschließenden Ausgießen dieses Kunststoffkörpers 14 wird an diesen Stellen der Leitungszug unterbrochen bzw. weiter verbunden. Durch die Anordnung von speziell wählbaren Rillen ist es möglich, verschiedene Pfade für das einzugießende flüssige Metall zu schaffen, wodurch die Anzahl der Windungen einer Wicklung leicht geändert werden kann. Auch das Übersetzungsverhältnis der Wicklungen ist variierbar. Ferner ist es möglich, die. Induktivität, den Ohmschen Widerstand und die Wicklungskapazitäten den Erfordernissen entsprechend anzupassen. Durch dieses erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist es möglich, Impulstransformatoren mit den verschiedensten Kombinationsmöglichkeiten zu fertigen.

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Claims (15)

19Q1812 - 19 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von gegossenen, einen Kern umschlingenden Wicklungen bei elektromagnetischen Bauteilen, insbesondere Impulstransformatoren, deren Windungen durch eine Brückenleitung wählbar anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zu umwickelnde Kern (12) mit einer eine ebene oder eine den Wicklungen (A, B) entsprechende Rillen (18, 2Ox, 2Oy) aufweisenden Isolier-

demschicht (14) umgeben und sodann in eine /entsprechend den Wicklungen entsprechende Rillen aufweisende oder eine ebene Oberfläche aufweisende Gießform (400) eingesetzt wird, und daß zur Herstellung von Anzapfungen (122a, 122b) von jeder der derartig gebildeten Wicklungsrillen (18, 2Ox, 2Oy) eine zu einer Brückenleitung (124a, 124b) führende Rille (22a, 22b) in der Gießform oder in der Isolierschicht angebracht wird, die mittels quer zu der Rille durch die Gießform verschiebbarer Stifte (70, 72) wahlweise entsprechend den herzustellenden Anschlüssen geöffnet oder geschlossen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (A, B) aus schraubenförmig den isolierten Kern (12) umschlingenden Windungen gebildet werden, daß die Windungen sich aus den se 'al miteinander verbundenen Windungsstrecken (118, 116, 12Ox, 12Oy) zusammensetzen und daß die Leitungszüge für die Windungen, Anzapfungen (122a, 122b), Brückenleiter (124a, 124b), und An Schluß leitungen (128) durch flüssiges Leitermetall in einer Metall-Spritzgußform (400) gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Kernes (12) mit einer ebenen isolierenden Uberzugsschicht, dieser in eine die Rillen der Leitungszüge aufweisende Metall-Spritzgußform (400) eingesetzt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Kernes (12), der eine mit den Rillen der Leitungszüge versehene Isolierschicht (14) aufweist, dieser in eine ebene Metall-Spritzgußform (400) eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen in der Isolierschicht (14) mit dem eingebetteten Kern (12) in einer Gießform (56) erzeugt werden, daß in diese Gießform ein nicht isolierender Kern zentriert eingesetzt wird und daß diese Gießform mit einem flüssigen Kunststoff gefeilt -wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch, gekennzeichnet, daß als Material für die den Kern (12) umhüllende Isolierschicht (14) ein wärmehärtendes, formbeständiges Epoxydharz verwendet wird, daß für dieses Epoxydharz eine Gießtemperatur im Bereich von 143° bis 182°C gewählt wird und daß die Gießform (56) vor dem Gießen auf etwa diese Temperatur erhitzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4_f dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterzüge in der Metall-Spritzgußform (400) durch das Einpressen von flüssigem Metall gebildet werden, daß eine Metall-Legierung, bestehend aus 5 bis 15 % Silber und Zinn verwendet wird, und daß eine Gießtemperatur von etwa 226 C gewählt wird.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzapfungen (122a, 122b) der Windungen von den äußeren Windungs strecken (116) sich nach außen erstrecken, daß die Anzapfungen in einer Ebene liegen, daß benachbart zu diesen Anzapfungen wenigstens eine mit einem Anschlußstift (26a, 26b) verbundene, quer zu den Anzapfungen (122a, 122b) verlaufende Brückenleitung (124a, 124b) angeordnet ist, und daß durch eine gegossene Verbindung (123a, 123b) zwischen der Brückenleitung und

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der mit der Windung verbundenen Anzapfung ein Anschluß derselben erfolgt.

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen zu einer Primär-- und einer Sekundärwicklung (A, B) verbunden sind, daß die Anzapfungen (122a, 122b) jeder Wicklung sich nach einer anderen Seite erstrecken und daß jeder Wicklung eine Brückenleitung (124a, 124b) zugeordnet ist.

10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Rillen aufweisenden Metall-Spritzg—ußform (400) über den möglichen Verbindungsstellen (123a, 123b) zwischen den Rillen für die Anzapfungen (122a, 122b) und der Brückenleitung (124a, 124b) Bohrungen angeordnet sind, und daß in diese Bohrungen an den Stellen, an denen keine Verbindung erfolgen soll, lange Stifte (72) und an den Stellen, an denen eine Anschluß verbindung (123a, 123b) erfolgen soll, kurze Stifte (70) vor dem Gießen einzustecken sind.

11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, 8 oder 9,· dadurch gekennzeichnet, daß in der, die Rillen in der Isolierschicht (14) bildenden Gießform (56) über den möglichen Verbindungsstellen (123a, 123b) zwischen den Anzapfungen (122a, 122b) und der Brückenleitung (124a, 124b) in den entsprechenden Rippen (66) Bohrungen angeordnet sind, und daß in diese Bohrungen an den Stellen, wo keine Anschlußverbindung erfolgen soll, kurze Stifte (70) und an den Stellen, wo eine Anschlußverbindung (123a, 123b) erfolgen soll, lange Stifte (72) vor dem Gießen einzustecken sind.

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12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die langen Stifte (72) eine solche Länge aufweisen, die größer ist als die Höhe der Rippen· (66) in der Gießform (56) für die mit Rillen versehene Isolierschicht (14).

13. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren .Windungsstreiken (116) in der mit Rillen versehenen Isolierschicht (14) in Kanälen (16) verlaufen, daß zur Erzeugung dieser Kanäle Bohrungen in der Gießform (56) für diese Isolierschicht vorgesehen sind, daß die Anzahl der Bohrungen der Anzahl der maximal möglichen Windungen entspricht, daß in diese Bohrungen Bolzen (68) einsetzbar sind, deren freie Länge der Länge einer äußeren Windungs strecke entspricht, und daß vor dem Gießen der Isolierschicht (14) an den Stellen, an denen die Wicklungen unterbrochen oder keine Windung entstehen soll, keine Bolzen (68) in die Bohrungen der Gießform (56) einzustecken sind.

14. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 5, 6 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform (56) für die mit Rillen versehene Isolierschicht (14) auf der Oberseite (56a) in der Mitte eine mit einem ringförmigen Mundstück (62) versehene Einfüllöffnung (54) aufweist und daß dieses Mundstück mit allen vom Zentrum dieser Gießform (56) ausgehenden Aussparungen so verbunden ist, daß gleichzeitig eine allseitige Verteilung des eingepreßten flüssigen Kunststoffes erfolgt.

15. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Metall-Spritzgußform (400) auf der Ober- und Unterseite je eine Einfüllöffnung (410) aufweist, daß diese Einfüllöffnung en mit einem ringförmigen Mundstück versehen sind, und daß diese Mundstücke mit den in der Ober- und Unterseite der Isolierschicht (14) befindlichen Rillen und Kanälen (16) verbunden sind.

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