DE19536234C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Anordnung aus einem Träger und einer Luftspule (z.B. Chipkarte) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Herstellung einer Anordnung aus einem Träger und einer eine mit einem Isolationsmaterial umhüllten Wickeldraht gewickelten Luftspule mit einem im Vergleich zur Stärke der Luftspule relativ großflächigen Kernmaß, insbesondere ohne festen Spulenkern und mit relativ geringer Windungs- und Steigungs- bzw. Lagenzahl vermittels eines Wickelwerkzeuges mit einem Wickelkern zur Ablage und Abstützung der Luftspule und einem Wickelorgan zur Abgabe bzw. Zufuhr des Wickeldrahtes auf den Wickelkern, wobei Wickelkern und Wickelorgan relativ zueinander drehbeweglich gelagert sind.

Die herkömmlicherweise aus Lackdraht gewickelten Luftspulen großflächiger Kernmaße ohne festen Wickelkern mit wenigen Windungen und Steigungen sind sehr problematisch in ihrer Formfixierung mittels einer thermischen Auflage, und somit in ihrer Formtreue für die weitere Handhabung der Luftspulen bei der Herstellung einer Anordnung aus einem Träger und einer Luftspule. Eine Automatisierung für eine Hochvolumenstückzahl ist hier­ bei nur mit einem enormen zusätzlichen mechanischen Aufwand mit einem deutlichen Verlust der Formtoleranzen möglich. Eine bisherige Verarbeitung von gewickelten Luftspulen mit Kupfer­ lackdrähten ohne Wickelkern war lediglich durch eine Formfi­ xierung mittels Einsatz einer thermisch aktivierbaren Lack- Auflage, dem sogenannten Backlack, auf dem isolierten Wickel­ draht möglich. Dies bedingt nach dem eigentlichen Wickelpro­ zeß mittels Flyertechnik oder auch mit rotierendem Wickelkern generell den Einsatz eines integrierten Verbackungsprozesses dieser thermischen Lackauflage zur Formfixierung derartiger Luftspulen. Hierbei wird im allgemeinen neben der chemischen Vernetzung der Lackauflage zur Verbackung eine Heißluftumspü­ lung oder eine induktive Drahterwärmung benutzt. Der hierzu erforderliche von außen zu steuernde Temperaturprozeß ist für einen vollautomatisierten Prozeßablauf nur unzureichend sta­ bilisierbar. Bei Heißlufteinsatz ist die Betriebstemperatur des Wickelwerkzeuges ein wesentlicher Prozeßparameter, der takt- und prozeßzeitbedingt ein sehr träges Verhalten auf­ weist. Die Verbackungsgüte der Wicklung wird zudem von der starken Streuung der Backlackdicke, sowie von der Spulenform beeinflußt. Äußerst kritisch hinsichtlich der Formstabilität sind namentlich ebene, planparallele Wicklungen mit wenigen Windungen und Steigungen. Bei der Verbackung mittels Span­ nungserwärmung muß der Lackdraht am Drahtanfang und Drahtende hinreichend abisoliert werden, um eine entsprechende hohe elektrische Spannung für die benötigte Widerstandserwärmung einkoppeln zu können. Im Anschluß dieses diffizilen Verbac­ kungsprozesses, vornehmlich für Luftspulen mit wenigen Win­ dungen, werden die Luftspulen mit dieser nunmehr verliehenen Formstabilität aus dem Wickelwerkzeug entnommen und eine Zwi­ schenablage erst dem weiteren Verarbeitungsschritt zugeführt. Hierbei erhöhen sich u. a. bei den beschriebenen Spulentypen ihre Form- und Geometrietoleranzen zum Teil erheblich, was oftmals eine Formkorrektur im Folgeprozeß notwendig macht.

Zwar ist aus der DE 42 01 138 A1, von der der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 ausgeht, bei der Herstellung eines Druckimpulsgenerators mit Spule dadurch eine gewisse Vereinfachung vorgegeben, daß zur Vermeidung einer Klebeverbindung der Win­ dungen der Luftspule mit einer Wickelfläche eine thermopla­ stische Klebstoffschicht aufgebracht ist, auf deren Auflage­ fläche die Luftspule direkt gewickelt wird. Dies ändert je­ doch nichts an der prinzipiell erforderlichen Klebstoff­ schicht, die bereits während des Wickelvorganges vorhanden ist, und in welche die Windungen der Spule beim Pressen ein­ gedrückt werden. Damit sind die eingangs erläuterten Nachtei­ le im Hinblick auf ungünstige Formfixierung mittels der ther­ mischen Auflage insbesondere bei Luftspulen mit nur wenigen Windungen und Steigungen wie sie bei Chipkarten z. B. verwendet werden weiterhin vorhanden, eine Automati­ sierung der Herstellung in größeren Stückzahlen nur mit er­ heblichem Zusatzaufwand bei einem deutlichen Verlust der Formtoleranzen möglich.

Ein weiteres Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Herstellung einer Spulenanordnung mit Träger ist in der DE 43 07 064 A1 aufgezeigt; auch bei diesem vorbekannten Verfahren werden nach Erreichen der erforderlichen Wicklungszahl die Wickelbewegungen beendet und es erfolgt über eine im Wickeltisch etwa in Form einer Heizpatrone vorgesehene Heizeinrichtung eine Beheizung der Spule, wodurch die Backlackbeschichtung des Wickeldrahtes an­ geschmolzen wird, resultierend in einem Verkleben der einzel­ nen Wickeldrahtwindungen nach einem Abkühlungsvorgang. Erst nach der Farmfixierung durch thermische Verpackung wird die Spule der Weiterverarbeitung zugeführt, was wie oben darge­ stellt, insbesondere bei Luftspulen mit wenigen Windungen und Steigungen oftmals zu einem Verlust der Form- und Lagefixie­ rung einhergeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Herstellung einer Anordnung aus einem Träger und einer aus Lackdraht gewic­ kelten Luftspule mit relativ großflächigem Kernmaß ohne fe­ sten Spulenkern mit wenigen Windungen und Steigungen zur Ver­ fügung zustellen, welches bzw. welche mit relativ geringem Fertigungsaufwand bei Gewährleistung einer Form- und Lagesta­ bilität der gewickelten Luftspule einen vollautomatisierten Fertigungsprozeß mit hohen Stückzahlen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4 gelöst.

Dabei ist als wesentlicher Punkt vorgesehen, daß nach dem eigentlichen Wickelprozeß die Spule direkt, d. h. in ihrer noch am Wickel­ kern einen vorgespannten Zustand aufweisenden und daher die genaueste Form und Lage besitzende Spule, auf einen Träger positioniert und über geeignete Verbindungstechniken fixiert wird. Der Träger ist somit Transport- und gleichzeitig Ver­ packungsmittel für die Luftspule in einer baulichen Einheit.

Die Positionierung auf dem Träger kann hierbei vorzugsweise direkt von dem Wickelwerkzeug oder von einem geeigneten sepa­ raten Handlingsystem mit dem Trägermaterial erfolgen. Der we­ sentliche Vorteil liegt hierbei in der formgetreuen Übergabe und Fixierung der Luftspule auf den Träger bei noch gespann­ ten Drahtenden der Spule. Demgegenüber muß bei der Verwendung des bisher üblichen Ablagesystems die Luftspule mit einem ho­ hen Aufwand und ohne zusätzliche Wertschöpfung, sowie vor al­ len deren Enden, mechanisch zentriert und unter Verlust von Genauigkeiten und Zuverlässigkeiten der Stabilisierung neu ausgerichtet werden. Erfindungsgemäß werden aufgrund des Feh­ lens der herkömmlicherweise zusätzlich notwendigen thermi­ schen Schichtauflage zudem die Verbindungstechniken der Spu­ lenenden günstig beeinflußt, wobei aufgrund fehlender Tempe­ raturdifferenzen eine höhere Lage- und Formgenauigkeit der Spule beim Wickeln erzielt, sowie der Wickelprozeß generell vereinfacht werden kann.

Bei der Erfindung be­ sitzt die Vorrichtung einen Trägerhalter, vermittels dessen der Träger während der Übertragung und Positionierung der Luftspule gehalten und abgestützt wird. Der Träger kann hin­ sichtlich seines Materials, seiner Formgebung und seinen Ab­ messungen nach an sich entsprechend der herzustellenden An­ ordnung, in welche die Luftspule samt Träger einzubauen ist, vielfältige Variationen besitzen. Bei einer be­ vorzugten Anwendung der Erfindung stellt die herzustellende Anordnung ein elektrisches oder elektronisches Bauelement oder Bauteil dar, welches insbesondere eine geringe Dicke bis zu etwa wenigen mm aufweist. Besonders geeignet ist die Er­ findung zur Fertigung von Luftspulen mit nur sehr wenigen Windungszahlen und wenigen Anzahlen von aufeinanderliegenden Windungsschichten, wie sie etwa aus der DE 43 07 064 A bekannt sind und insbesondere in Chipkarten oder auch elektronischen Leiterplatten eingebaut werden. In diesem Fall stellt der Träger insbesondere eine dünne Kunststoffolie oder dünne Kunststoffplatte dar, in bzw. auf der die gewic­ kelte Luftspule positioniert und fixiert wird. Die Dicke ei­ ner solchen Kunststoffolie oder Kunststoffplatte kann etwa bis zu 100 µm betragen. Eine solche Abmessung reicht aus, die befestigte Luftspule bei ausreichender mechanischer Festig­ keit und Stabilität formgetreu und lagegetreu zu halten und abzustützen und einem Einbau in beispielsweise eine Chipkarte oder einem Aufbau in eine Leiterplatte zuzuführen. Gegebenen­ falls kann der Träger vor dem Einbau in die Anordnung weite­ ren Verarbeitungsschritten zugeführt werden, beispielsweise können Bereiche des Trägers ausgestanzt oder geprägt werden.

Weiterhin kann bei einer konkreten Ausgestaltung der Erfin­ dung vorgesehen sein, daß der Wickelkern des Wickelwerkzeugs eine Ablagefläche mit einer der Gesamtbreite der zu wickeln­ den Luftspule entsprechenden Breite und eine Anlagefläche mit einer wenigstens der Anzahl der abgelegten Wickeldrahtschich­ ten entsprechenden oder überragenden Höhe aufweist. Hierbei kann vorgesehen sein, daß das Wickelwerkzeug mit einem Aus­ werfer ausgestattet ist, um nach Fertigstellung der gewickel­ ten Luftspule die Ausgabe aus dem Wickelwerkzeug an den Trä­ ger wegen der unter einer mechanischen Spannung stehenden Spule zu erleichtern.

Die Erfindung wird in folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Wickelwerk­ zeuges mit Wickelkern und Wickeldraht zur Verdeutlichung des Prinzipes des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vor­ richtung;

Fig. 2 eine schematische Seitenschnittdarstellung eines er­ sten Ausführungsbeispieles gemäß der Erfindung bei einem Flyerwickelsystem (bewegtes Wickelorgan);

Fig. 3 eine schematische Seitenschnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles gemäß der Erfindung bei einem Wic­ kelsystem mit rotierendem Wickelkern;

Fig. 4 eine vergrößerte schematische Teilschnittansicht des Trägers mit eingebetteter Luftspule; und

Fig. 5 eine schematische Teilschnittansicht des Trägers mit vermittels Klebstoffmaterial fixierter Luftspule.

In den Figuren ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer aus Lackdraht 1 gewickelten Luftspule 2 mit einem im Vergleich zum Drahtdurchmesser der Luftspule relativ großflächigen Kernmaß ohne festen Spulenkern und mit relativ geringer Win­ dungs- und Steigungszahl schematisch dargestellt. Die Vor­ richtung umfaßt gemäß Fig. 1 ein Wickelwerkzeug 3 mit einem Wickelkern 4 zur Ablage und Abstützung der Luftspule 2 und mit einem Wickelorgan 5 zur Abgabe bzw. Zufuhr des Wickel­ drahtes 1 auf den Wickelkern 4. Der Wickelkern 4 besitzt eine der gewünschten Form der Luftspule 2 entsprechende äußere Formgebung, im dargestellten Beispiel eine für die Verwendung der Luftspule 2 in Chipkarten im Scheckkartenformat geeignete Formgebung. Der Wickelkern 4 und das Wickelorgan 5 sind rela­ tiv zueinander drehbeweglich in dem Wickelwerkzeug 3 gela­ gert.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Flyerwickelsystem 6 ist das Wickelorgan 5 als sogenannter Flyer 7 ausgebildet, der durch einen Antrieb 8 um den als Gegenhalter 9 ausgebildeten Wic­ kelkern 4, welcher im Wickelwerkzeug 3 starr abgestützt ist, drehangetrieben wird. Der Gegenhalter 9 besitzt an der Außen­ seite eine dem Durchmesser des Wickeldrahtes 1 entsprechende Breite besitzende Ablagefläche 10, auf der der vom umlaufen­ den Flyer 7 abgegebene Wickeldraht 1 in aufeinanderliegenden Windungen abgelegt wird, sowie eine Anlagefläche 11 mit einer der Zahl der abgelegten Wickeldrahtschichten (dargestellt sind vier Lagen) überragende Höhe. Dem Gegenhalter 9 gegen­ überliegend angeordnet ist ein einen Träger 12 abstützender Trägerhalter 13, wobei der Träger 12 samt Luftspule 2 als baulich vereinigte Einheit in die herzustellende Anordnung, beispielsweise eine Chipkarte, eingebaut wird. Erfindungsge­ mäß wird die auf den Wickelkern 4 bzw. dem Gegenhalter 9 des Wickelwerkzeuges 3 gewickelte Luftspule 2 unmittelbar nach Fertigstellung des Wickelschrittes direkt und formgetreu auf den Träger 12 übertragen und positioniert, und anschließend mit dem Träger 12 fixiert, beispielsweise vermittels Ultra­ schall, Prägung, thermischer und/oder UV-härtender Klebever­ bindung, Haftklebefolie oder dergleichen.

In der Fig. 3 ist schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Wickelwerkzeug 3 dargestellt, bei dem der Wickelkern 4 über einen Antrieb 14 um die Drehachse 15 drehangetrieben wird, und das lediglich schematisch angedeu­ tete Wickelorgan 5 feststeht. Nach Fertigstellung des Wickel­ schrittes wird der Wickelkern 4 mit der darauf befindlichen Luftspule 2 über einen Schwenkmechanismus 16 gemäß Pfeilrich­ tung 17 in eine Abgabebetriebsstellung verbracht, bei welcher der Wickelkern 4 in eine dem Träger 12 zugewandte Stellung gebracht wird, so daß die Luftspule 2 in ähnlicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 formgetreu auf den Träger 12 übertragen und positioniert, und anschließend mit dem Träger 12 fixiert werden kann.

Die Fig. 4 und 5 zeigen in schematischen Schnittansichten zwei besonders bevorzugte Möglichkeiten der Fixierung der Luftspule 2 in dem Träger 12. Gemäß Fig. 4 sind die vier Win­ dungen der aufgrund des Wickelvorganges noch eine gewisse er­ höhte Temperatur aufweisenden Luftspule 2 thermisch in eine Kunststoffolie eingebettet, während bei der Darstellung gemäß Fig. 5 die Windungen der Luftspule 2 mittels eines schema­ tisch angedeuteten Klebemittels 18 auf der Oberfläche des Trägers 12 fixiert sind.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung aus einem Träger und einer mit einem Isolationsmaterial umhüllten Wickeldraht gewickelten Luftspule (2) mit einem im Vergleich zur Stärke der Luftspule (2) relativ großflächigen Kernmaß vermittels eines Wickelwerkzeuges (3) mit einem Wickelkern (4) zur Ablage und Abstützung der Luftspule (2) und einem Wickelorgan (5) zur Abgabe bzw. Zufuhr des Wickeldrahtes auf den Wickelkern (4), wobei Wickelkern (4) und Wickelorgan (5) relativ zuein­ ander drehbeweglich gelagert sind, gekennzeichnet durch die Schritte:

• 1. Wickeln der Luftspule (2) auf den Wickelkern (4) des Wic­ kelwerkzeuges (3),
• 2. unmittelbar nach Vervollständigung des Wickelschrittes la­ gegetreu direktes und formgetreues Übertragen und Positionie­ ren der gewickelten Luftspule (2) in ihrem vorgespannten Zu­ stand an den vermittels eines Trägerhalters (13) abgestützten Träger (12),
• 3. Fixierung der gewickelten Luftspule (2) an dem Träger (12), und
• 4. Einbau der an dem Träger (12) fixierten Luftspule (2) in die herzustellende Anordnung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung der gewickelten Luftspule (2) auf dem Träger (12) vermittels des Wickelwerkzeuges (3) erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung der Luftspule (2) in bzw. an dem Träger vermittels Ultraschall, Prägung, thermischer und/oder UV­ härtender Klebeverbindung, Haftklebefolie erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und Herstellung einer Anordnung aus einem Trä­ ger und einer mit einem Isolationsmaterial umhüllten Wickel­ draht (1) gewickelten Luftspule (2) mit einem im Vergleich zur Stärke der Luftspule relativ großflächigen Kernmaß, wel­ che ein Wickelwerkzeug (3) mit einem Wickelkern (4) zur Abla­ ge und Abstützung der Luftspule (2) und ein Wickelorgan (5) zur Abgabe bzw. Zufuhr des Wickeldrahtes (1) auf den Wickel­ kern (4) aufweist, wobei der Wickelkern (4) und das Wickelor­ gan (5) relativ zueinander drehbeweglich gelagert sind, gekennzeichnet durch einen den Träger (12) abstützenden Trägerhalter (13), welcher derart ausgebildet bzw. angeordnet ist, daß die gewickelte Luftspule (2) unmittelbar nach Vervollständigung des Wickel­ schrittes in ihrem vorgespannten Zustand formgetreu und lage­ getreu direkt auf den Träger (12) positionierbar ist.

5. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus Träger und Luftspule eine Chipkarte oder eine Leiterplatte ist.

6. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (12) eine vorzugsweise aus Kunststoffmaterial hergestellte dünne Folie oder eine dünne Platte darstellt.

7. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkern (4) des Wickelwerkzeugs (3) eine Ablagefläche (10) mit einer der Gesamtbreite der zu wickelnden Luftspule (2) entsprechenden Breite und einer Anla­ gefläche (11) mit einer wenigstens der Anzahl der abgelegten Wickeldrahtschichten entsprechenden oder überragenden Höhe aufweist.

8. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wickelwerkzeug einen Auswerfer be­ sitzt.

9. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspule (2) eine geringe Windungs­ zahl, insbesondere eine Windungszahl von eins, und eine ge­ ringe Anzahl von aufeinanderliegenden Lagen von Spulenwindun­ gen, insbesondere eine einzige Lage besitzt.