DE19630790A1

DE19630790A1 - Verfahren zum Herstellen von Wickelbauelementen

Info

Publication number: DE19630790A1
Application number: DE1996130790
Authority: DE
Inventors: Johann Leonhard Huettlinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1997-02-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Wickelbauele menten oder Spulen für die SMD-Technik.

Bei einem aus der DE 36 15 037 C2 bekannten Verfahren werden die einzelnen Wickelkörper, die in sogenannten Großnutzen nach Art einer Matrix zu mehreren aneinandergereiht in Stangenform vorliegen, in dieser verbundenen Stangenform bewickelt. Anschließend werden die bewickelten Wickelkörper vereinzelt, wobei sowohl die Wicklung, d. h. der Wickeldraht, als auch die Wickelkörper durchge trennt werden müssen. Dabei erfolgt die Trennung an ganz bestimmten, vorher gesehenen Stellen.

Mit zunehmender Miniaturisierung bereitet die Genauigkeit der Lage der Trenn stellen eine Schwierigkeit. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß gerade an den Trennstellen, nämlich an den Polenden der Wickelkörper, die einzelnen Wickelkörper zur Bildung von Kontaktstellen metallisiert werden müssen. Da nun diese Metallisierung für eine spätere Kontaktierung auf einer Leiterplatte häufig um die Polendenkanten herumgezogen oder weitergeführt werden muß, ist die Bewicklung in Stangenform mit nachträglicher Vereinzelung der Wickelkörper un ter Trennung des Wickeldrahtes technisch unmöglich oder nur äußerst schwierig zu bewerkstelligen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Wickelbauelementen anzugeben, mit dem das Bewickeln auch äußerst klei ner Wickelkörper in einem kontinuierlichen Fertigungsprozeß möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder der Wicklungs körper in einem Führungskanal zum Wickelbereich geführt wird. Dort wird der Wickelkörper in einer einstellbaren Wickeldichte mit dem Wickeldraht belegt.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß einzelne, voneinander ge trennte äußerst kleine Wickelkörper mit zuvor präparierten, nämlich metallisierten Polenden in Stangenform aneinandergelegt werden, so daß diese derart gebildete Wickelkörperstange in einer Rinne oder einem Rohr geführt werden kann.

Um dabei eine besonders geeignete Halterung zu gewährleisten, wird diese Wickelkörperstange aus einer Vielzahl von Wickelkörpern innerhalb des Führungska nals von beiden Enden her druckbeaufschlagt, so daß die Wickelkörper innerhalb des Führungskanals in Längsrichtung der Stangenachse besonders präzise führ bar sind. Dadurch, daß die Enden der einzelnen Wickelkörper gegeneinander druckbeaufschlagt sind, ist ein Auseinanderfallen vermieden und eine gemeinsa me Manipulierbarkeit der Wickelkörper in Stangenlängsrichtung ermöglicht. Die Wickelkörperstange ist somit in dem Führungskanal längsverschiebbar, und zwar in beiden Richtungen.

In zweckmäßiger Weiterbildung weist der Führungskanal in der Mitte eine schlitz förmige Unterbrechung auf. Es ist dies der Bereich, in welchem die Bewicklung stattfindet. Die Halterung des in diesem Unterbrechungsbereich befindlichen, zu bewickelnden Wickelkörpers wird dabei während der Bewicklung durch den Axialdruck an den beiden Enden der Wickelkörperstange bewerkstelligt.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Schlitzbreite zwischen den beiden Stoßen den des Führungskanals oder der Führungsrinne im Bereich des Wickelschlitzes einstellbar, aber vorzugsweise schmaler als die Wirklänge eines Wickelkörpers. Damit ist gewährleistet, daß der Wickelkörper während des Bewicklungsvorgangs an seinen beiden Enden an der Rinnenwand an liegt und somit durch die Rinne positioniert ist. Der Schlitz wird zweckmäßigerweise gerade so breit gewählt, wie dies für die Drahtstärke der Wicklung erforderlich ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Schlitz zusätzlich beweg lich. Der Schlitz ist hierbei oszillierend entlang dem Wickelkörper hin- und her bewegt. Durch diese oszillierende Bewegung des Schlitzes und damit auch des aufzuwickelnden Wicklungsdrahtes ist eine besonders präzise Führung der Draht wicklung möglich. Wicklungstechnisch vorteilhaft ist es, den Wicklungsdraht au ßerhalb des Wickelkörperbereichs mittels einer ebenfalls oszillierend axialbe weglichen Rolle synchron zum oszillierenden Schlitz zu führen.

Zur Gewährleistung eines sicheren, strammen Sitzes der Wicklung auf dem Wickelkörper ist es besonders vorteilhaft, wenn vor der Bewicklung der Wickelkörper unterkühlt und/oder der Wickeldraht erwärmt wird. Durch die anschließende Ex pansion des sich erwärmenden Wickelkörpers bzw. die Kontraktion des erkalten den Wickeldrahtes wird der Sitz strammer, was beim fertig gewickelten Wickel bauelement besonders wünschenswert ist. Durch diese Ausnutzung der möglichst hohen Temperaturdifferenz zwischen Wickelkörper und Wickeldraht wird die Si cherheit des Sitzes der Wicklung auf dem Wickelkörper nicht mehr nur allein durch die beim Wickeln auf den Wickeldraht einwirkende Zugspannung bestimmt. Es gibt also mehrere Bestimmungsparameter für die Voreinstellung zur Gewährlei stung eines sicheren Wicklungssitzes auf dem Wickelkörper.

Die Wickelkörper oder Wicklungsträger weisen vorzugsweise eine Knochenform auf. An den Enden sind entsprechende Verbreiterungen, um dazwischen die Wicklung möglichst sicher positioniert und nicht lateral nach außen überstehend anbringen oder einbringen zu können. Obwohl ein leichter Überstand nicht nach teilig ist, wird durch die Verbreiterung an den Enden der Wickelköper die Positio niersicherheit der Wicklung auf dem Wickelkörper verbessert.

Anstelle einer Knochen- oder H-Querschnittsform kann auch eine U-Querschnittsform gewählt werden, indem die Enden des Wicklungskörpers nur nach einer Seite hin über den Wickelkörperkern hinausstehen. Wichtig dabei ist, daß die Wicklungsenden im Lateralbereich dieser Endverdickungen vollflächig aufgebracht sind, und daß die Metallisierung sich von einer Lateralfläche der Wickelkörper-Verbreiterung um die Kante bis zu einer in Längsrichtung des Wickel körpers weisenden Stirnfläche erstreckt.

Die Verbindung jedes Wickeldrahtendes auf einer auf dem Wickelkörper vorberei teten Kontaktfläche am Lateralbereichen der Wickelkörperverbreiterung erfolgt zweckmäßigerweise mittels Laser-Schweißung oder -Lötung. Dabei wird eine Positionierung des Laserstrahls auf die Kontaktstelle mit Hilfe einer elektro optischen Ablenkeinrichtung vorgenommen. Ebenso erfolgt die Trennung des Wickeldrahtes zwischen benachbarten Wickelkörpern zweckmäßigerweise mittels eines Laserstrahls.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläu tert. Darin zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein nach dem Verfahren hergestelltes Wickelbauelement mit H-förmigem Wickelkörper,

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform des Wickelbauelements mit U-förmigem Wickelkörper, und

Fig. 3 schematisch einen Wickelbauelementstreifen in einem Führungskanal bei der Herstellung.

Ein bewickeltes Wickelbauelement oder eine Spule 1 ist in Fig. 1 dargestellt. Das Wickelbauelement 1 umfaßt einen im Querschnitt H-förmigen Wickelkörper 2 mit einem Wickelsaum zwischen zwei verdickten Enden 3 und auf diesen aufgebrach te Kontaktflächen 4. Die Kontaktflächen 4 bestehen aus im Siebdruckverfahren aufgetragener Metallpaste, die anschließend eingebrannt wurde. Die Metallisie rung ist für eine spätere Kontaktierung auf einer Leiterplatte um die Kanten 5 der Enden 3 herumgezogen, und erstreckt sich somit über einen Teil der Stirnflächen 6 der Wickelkörperenden 3.

Auf den ferritischen oder keramischen Wickelkörper 2 sind Windungen oder Wick lungen 7 ohne zusätzliche Isolierung direkt gewickelt. Auf den Kontaktflächen 4 sind die Enden eines die Wicklung 7 des Wickelbauelementes 1 bildenden Wickeldrahtes 8 aufgebracht. Dabei erfolgt die Verbindung an den Kontaktflächen 4 mittels eines Lasers 10, dessen Strahl 11 zur Positionierung auf die Kontaktstelle 12 durch eine Ablenkeinrichtung 13 geführt ist.

Die Abmessungen des Wickelbauelementes 1 sind sehr gering und liegen im mm-Bereich oder sogar im µm-Bereich (Größe eines Salzkorns). Es sind hier z. B. die in der Elektronik bekannten Inches-Maße 0603,0402 und auch 0201 bewickelbar.

Anstelle der Knochen- oder H-Querschnittsform ist auch ein Wickelkörper 2′ mit U-Querschnittsform bewickelbar, wie diese in Fig. 2 dargestellt ist. Die Enden 3′ stehen nur an einer Seite über den Wickelsaum des Wickelkörpers 2′ hinaus. Die Enden der Wicklung 7 sind im Lateralbereich der Endverdickungen vollflächig auf gebracht. Die Metallisierung der Kontaktflächen 4′ erstrecken sich ebenfalls um die Kanten 5′ der Wickelkörperenden 3′ herum bis auf die Stirnflächen 6′.

Fig. 3 zeigt schematisch den Ablauf bei der Herstellung derartiger Wickelbauele mente 1, wobei die in Stangenform Stoß an Stoß aneinanderliegenden Wickelkör per 2 in einem Führungskanal 20 an einen Wickelbereich oder eine Bewickelzone 21 herangeführt werden. Der Führungskanal 20 weist im Mittenbereich eine Un terbrechung in Form eines Schlitzes 22 auf. In diesem Bereich findet die Bewick lung statt, wobei mittels eines an sich bekannten Flyers der durch den Schlitz 22 geführte Wickeldraht 8 auf den oder jeden Wickelkörper 2 gewickelt wird.

Um hier eine Halterung zu gewährleisten, d. h. um ein Auseinanderfallen der ein zelnen Wickelkörper 2 zu verhindern, ist die durch eine Vielzahl in dieser Form im Führungskanal 20 aneinanderliegender Wickelkörper 2 gebildete Stange von bei den Seiten her druckbeaufschlagt, so daß die Wickelkörper 2 in Längsrichtung der Stangenachse innerhalb des Führungskanals 20 führbar sind. Im Ausführungsbei spiel erfolgt eine Vorschub-Bewegung von rechts nach links gegen einen Gegen druck, wie dies durch die mit v bzw. p bezeichneten Pfeile angedeutet ist. Es er folgt somit die horizontale Führung der Wickelkörper-Stange mittels des Füh rungskanals 20, während die vertikale Halterung durch den Fügedruck p, v und die damit auf die Gesamtheit der Wickelkörper 2 einwirkenden Haltekräfte be werkstelligt wird.

Beim Bewickeln müssen die einzelnen Windungen 7 nebeneinander liegen. Um dies trotz des schmalen Schlitzes 22 bewerkstelligen zu können, erfolgt während des Bewickelns mittels des Flyers 23 nicht nur der Vorschub v, sondern - je nach Anzahl der Wickelschichten oder -lagen - auch ein Rückschub auf die Wickelkör per-Stange.

Bei dem Führungskanal 20 handelt es sich um eine Rinne oder ein Rohr, welches ringsum geschlossen ist. Dadurch sind die Wickelkörper 2 lateral allseitig geführt, und zwar durch auf Druck reagierende Anlage. Dasselbe ist in axialer Stangen richtung durch den Fügedruck p, v der Fall. Diese allseitige Druckführung in allen drei Dimensionen ist besonders wichtig im Hinblick darauf, daß es sich bei den Wickelkörpern 2 vielfach um solche aus Ferriten od. dgl. handelt, die sehr brüchig und wenig zugfest, aber relativ druckfest sind.

Bei Verwendung von Wickelkörpern 2′ mit U-Querschnittsform ist in Vorschubrich tung hinter dem Wickelschlitz 22 der Kanal- oder Rohrdurchmesser d_k etwas grö ßer gewählt als der Wickelkörperdurchmesser d_w, weil nach erfolgter Bewicklung der Gesamtdurchmesser des Wickelbauelementes 1 größer geworden ist und die ses dennoch durch den Führungskanal 20 in Axialrichtung führbar sein muß.

Die Breite des Schlitzes 22 zwischen den beiden Stoßenden des Führungskanals 20 ist im Bereich 21 des Wickelschlitzes 22 einstellbar. Der Schlitz 22 wird aber zweckmäßigerweise gerade so breit gewählt, wie dies für die Stärke oder Dicke des Wickeldrahtes 8 erforderlich ist.

Der Wickeldraht 8, d. h. die Wicklung 7 muß stramm auf dem oder jedem Wickel körper 2 aufgebracht werden, was eine nicht unerhebliche Scherbeanspruchung der Stoß an Stoß in der Stangenformation aneinanderliegenden Wickelkörper 2 während des Bewickelvorgangs zur Folge hat. Dieser Scherbeanspruchung wi dersteht der Wickelkörper 2 im wesentlichen durch die Druckbeaufschlagung in Axial- oder Stangenlängsrichtung, was auch zu einer besonders wirksamen Posi tionierbarkeit des Wickelkörpers 2 innerhalb des Führungskanals 20 führt. Durch den in Längsrichtung wirksamen Fügedruck kann die laterale Druckbeaufschla gung seitens der Kanalwände erheblich reduziert werden. Damit wird der Wickel körper 2 weniger beansprucht und er kann fester gewickelt werden. Die Festigkeit der Bewicklung ist wichtig für die hohe Schwingungsresistenz der Wicklung 7 auf einem fertigen Chip.

Zur Erhöhung des sicheren, strammen Sitzes der Wicklung 7 auf dem Wickelkör per 2 ist es besonders vorteilhaft, wenn unmittelbar vor der Bewicklung der Wickelkörper 2 in einem Kühlkanal 24 unterkühlt und/oder der Wickeldraht 8 in einer mittels IR-Strahlung beaufschlagten Wärmezone 25 aufgeheizt wird. Durch den anschließenden Ausgleich der dabei entstehenden Temperaturdifferenz wird in der Art der Schrumpftechnik der Sitz des Wickeldrahtes 8 beim fertigen Wickel bauelement 1 noch strammer, was besonders wünschenswert ist.

Das Vereinzeln der Wickelbauelemente 1 durch Trennen des Wickeldrahtes 8 nach der Bewicklung des oder jedes Wickelkörpers 2 erfolgt außerhalb des Füh rungskanals 20, vorzugsweise mittels eines Lasers. Ebenso erfolgt die exakte Positionierung der Drahtenden beim Anschweißen an die metallischen Kontaktflä chen 4 außerhalb des Führungskanals 20. Dies ist in Fig. 3 durch mit T bzw. S bezeichnete Pfeile angedeutet.

Durch dieses Verfahren ist es möglich, mit sehr hohen Bewicklungsgeschwindig keiten und damit besonders hoher Fertigungsgeschwindigkeit zu arbeiten. Der Flyer 23 läuft praktisch mit gleichbleibender Umfangsgeschwindigkeit um und die Bewicklung wird lediglich durch den Vorschub v im Führungskanal 20 bewerkstel ligt. Vorteilhafterweise ist damit auch die Bewicklung besonders kleiner Wickelkör per 2 möglich.

Bezugszeichenliste

1 Wickelbauelement
2 Wickelkörper
3 Wickelkörperenden
4 Kontaktflächen
5 Kanten von 3
6 Stirnflächen
7 Wicklungen
8 Wicklungsdraht
10 Laser
11 Laserstrahl
12 Kontaktstelle
13 Ablenkeinrichtung
20 Führungskanal
21 Wickelbereich
22 Wickelschlitz
23 Flyer
24 Kühlkanal
25 Wärmezone
d_r Kanal-Durchmesser
d_w Wickelkörper-Durchmesser
p Pfeil für Druck
v Pfeil für Vorschub
IR Pfeil für Infrarot-Strahlung
S Pfeil für Schweißen
T Pfeil für Trennen

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Wickelbauelementen (1), dadurch gekennzeichnet, daß jeder einer Anzahl von Wickelkörpern (2) in einem Führungskanal (20) zum Wickelbereich (21) geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polenden (3) der einzelnen Wickelkörper (2) zuvor metallisiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelkörper (2) in Stangenform aneinanderliegend innerhalb des Füh rungskanals (20) führbar sind, wobei beide Enden der Wickelkörperstange druck beaufschlagt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen im Führungskanal (20) vorgesehenen Schlitz (22) geführter Wickeldraht (8) auf den oder jeden Wickelkörper (2) gewickelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Schlitzes (22) in Abhängigkeit von der Dicke des Wickeldrahtes (8) und/oder der Länge des Wickelkörpers (2) eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (22) oszillierend entlang dem Wickelkörper (2) hin- und herbeweg bar ist zur präziseren Führung des Wickeldrahts (8).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickeldraht (8) im Bereich außerhalb des Wickelkörpers (2) auf einer synchron zum Schlitz oszillierend hin- und herverschiebbaren Führungsrolle ge führt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bewickelten Wickelkörper (2) vor einer Verbindung der Enden des Wickel drahtes (8) auf einer auf dem Wickelkörper (2) vorgesehen Kontaktfläche (4) räumlich voneinander getrennt werden, wobei die Trennung des Wickeldrahtes (8) mittels eines Laserstrahls erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung auf der Kontaktfläche (4) mittels eines Laserstrahls (11) oder Schweißelektroden erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Positionierung des Laserstrahls (11) auf eine Kontaktstelle (12) mittels einer Strahlablenkeinrichtung (13) erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Bewicklung der Wickelkörper (2) unterkühlt und/oder der Wickeldraht (8) erwärmt wird.

12. Verfahren nach nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Wickeldrahtes (8) mittels IR-Strahlung erfolgt.

13. Anordnung von Wickelbauelementen (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, daß eine Anzahl gleichartiger, stangenförmig aneinanderliegender einzelner Wickelkörper (2) mit metallisierten Polenden (3), wobei die Metallisierung um die Po lendenkanten (5) herumgezogen ist.

14. Wickelbauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, einen im Querschnitt H-förmigen Wickelkörper (2).

15. Wickelbauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, einen im Querschnitt U-förmigen Wickelkörper (2).