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Eine veränderbare Induktivität' aufweisende Hybridspule
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und Verfahren zu deren Justierung.
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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Bauelement, nämlich
eine spezielle Spule, die insbesondere für Frequenzfilter für Teilnehmersprechsignale
eines PCM-Fernsprech-Vermittlungssystems entwickelt wurde. Die Erfindung eignet
sich aber darüberhinaus schlechthin für Spulen der Nachrichtentechnik, besonders
wenn diese Anordnungen in großen Stückzahlen bei Massenfertigung hergestellt werden
sollen und/oder besonders wenn diese Anordnungen flach und stoßunempfindlich sein
sollen.
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Wie auch im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist, geht
die Erfindung aus von einer eine veränderbare Induktivität aufweisende Hybridspule
mit - Substrat, - am Substrat angebrachten, z.B. aufgedruckten und eingebrannten,
Leiterbahnen, die zumindest weitgehend jeweils zwischen mit den betreffenden Leiterbahnen
leitend verbundenen Kontaktflekken, also zwischen jeweils einem ersten und einem
zweiten Kontaktflecken, liegen und jeweils Fragmente von Windungen darstellen, -
so auf diesen Fragmenten angebrachtem, durch eine erste Isolierschicht von den Fragmenten
isolierten Magnetkern, daß --- seine in ihm im Betrieb vorhandenen magnetischen
Feldlinien, jedenfalls teilweise, in einer Ebene parallel zur Substratoberfläche
verlaufen und längs der einen Seite des Magnetkernes die ersten Kontaktflecken und
längs der gegenüberliegenden Seite des Magnetkernes die zweiten Kontaktflecken liegen,
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durch eine zweite Isolierschicht vom Magnetkern isolierten Abschnitten von Leiterbahnen,
die den Rest der Windungen bilden, und - leitenden Verbindungen jeweils zwischen
ersten Enden dieser Abschnitte mit jeweils zugeordneten ersten Kontaktflecken und
zwischen den andereS zweiten Enden dieser Abschnitte mit jeweils zugeordneten zweiten
Kontaktflecken.
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Eine spezielle Variante einer solchen Hybridspule ist in der älteren
nicht vorveröffentlichten - DE-OS 30 36 704 beschrieben. Eine Mehrzahl von Varianten
von gleichartigen Hybridspulen, aber ohne Hinweis auf eine Justierbarkeit, ist in
den weiteren älteren, nicht-gorveröffentlichten - DE-OS 30 16 067 und - DE-OS 30
35 861 beschrieben.
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Die ältere Hybridspule gemäß DE-OS 30 36 704 hat bereits die auch
bei der Erfindung gegebenen Vorteile, daß - die Windungen nicht mehr, oft sogar
sehr sorgfältig von Hand plaziert, aufgewickelt werden müssen, sondern zeitsparend,
zumindest weitgehend, maschinell mit besonders wenig Aufwand angebracht werden können,
- die hohen Toleranzen für die Dicke bzw. Flachheit der, z.B. von Hand, gewickelten
Wicklungen vermieden werden können, indem eine hohe Gleichmäßigkeit der Wicklungen
gesichert ist, - das hohe Gewicht von Magnetspulen, die über nur wenige Drähte mit
dem Substrat verbunden sind, vermieden ist, indem der Magnetkern von einer Vielzahl
von Abschnitten auf dem Substrat befestigt ist, wodurch die-Hybridschaltung stoßunempfindlicher
ist und also sogar, o.ft ohne nachträgliches völliges Vergießen mit Kunst-
stoff,
auch in hohen Beschleunigungen ausgesetzten Anlagen angewendet werden kann, - der
Magnetkern, sogar schon vor dem Verbinden der Abschnitte mit den Fragmenten, bei
Bedarf auf das Substrat bzw. auf dessen Fragmente aufgeklebt werden kann, ohne den
Anschluß der Wicklung an die sonstigen Leiterbahnen des Substrats zu erschweren
- was die Stoßunempfindlichkeit und räumliche Toleranzgenaui gke i t weiter erhöht,
- die oft hohen Schwierigkeiten bei der Positionierung und Einzelverlötung von einzelnen
Drähten zum Verbinden mit auf dem Substrat angebrachten Kontaktflecken weitgehend
entfallen, obwohl nun eine viel höhere Anzahl solcher Verbindungen herzustellen
ist, die Toleranzen der Abstände der Abschnitte so eingehalten werden können, daß
Kurzschlüsse zwischen diesen Abschnitten sicher vermieden werden, trotzdem die Länge
der einzelnen Abschnitte bei Bedarf nahezu beliebig groß gewählt werden kann, so
daß auch z.B. dicke Magnetkerne ohne weiteres anwendbar sind, wodurch auch entsprechend
hohe Induktivitäten erreichbar sind, statt der maximal ca. 3 mm Länge, die für angebondete
Einzeldrähte zulässig sind(vgl.US 4103 267), statt nacheinander die Abschnitte verbinden
zu müssen, alle Abschnitte, zumindest jeweils an ihrem einen Ende, in einem einzigen
Arbeitsgang, bevorzugt maschinell, gleichzeitig mit weitgehend gleichmäßig hoher
Güte mit den zugeordneten Kontaktflächen verbindbar sind, was insbesondere beachtlich
viel Zeit und auch Kosten spart, - auch billigeres Material, z.B. Kupfermassen;
für die Abschnitte statt der bevorzugt aus Gold bestehenden Einzeldrähte (vgl. z.B.
Electronics, 20. Juli 1928, Figur auf Seite 107) verwendbar ist, - eine ausreichende
Betriebssicherheit auch bei mehr oder weniger guter elektrischer Leitfähigkeit des
Magnetmaterials gegeben ist, - das Abreißen der Einzeldrähte beim Auflegen auf den
Magnetkern
und beim Anbonden und damit eine entsprechende Menge von Ausschuß vermeidbar ist,
- wegen des Ersatzes des im allgemeinen Gold erfordernden Bondens von Einzeldrähten
auch andere, häufig zuverlässigere, Verbindungsarten, z.B. sog. Flow-Löten mit Zinn,
zugelassen werden können, weswegen die Erfindung keine Keramik mehr als Substrat
unbedingt voraussetzt; bei der Erfindung ist also auch z.B. ein Oxidharz oder Hartpapier
als Substrat zulässig; - ohne größere Schwierigkeiten hinsichtlich räumlicher Toleranzen
und hinsichtlich der gegenseitigen Isolation und Positionierung, bei Bedarf sogar
mehrere Lagen von Windungen, auch bei sehr geringen Abständen der Abschnitte voneinander,
angebracht werden können und damit rasch und leicht hohe Induktivitäten erreicht
werden können, sie besonders wenig Aufwand an Raum berötigt und vor allem, - eine
nachträgliche Justierung der Induktivität der Hybridspule möglich wird, so daß -
sie auch die Anwendung der Hybridspulefür Frequenzfilter gestattet; so daß insgesamt
wegen dieser Vorteile im Ergebnis - die Kosten für. die Herstellung der Anordnung
im Vergleich zu den Hybridschaltungen mit massiven gewickelten Magnetspulen deutlich
gesenkt und trotzdem die Kleinheit, Betriebssicherheit und Justierbarkeit der Hybridspule
unter Einhaltung enger räumlicher Toleranzen verbessert sind.
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Die Erfindung hat darüber hinaus den zusätzlichen Vorteil, daß - die
Justierung der Hybridspule, also die bedarfsgerechte Änderung ihrer Induktivität,
in - Stufen durchgeführt werden kann, selbst wenn der Magnetkern nicht verschoben
ader snstwie verdert wird.
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Dieser zusätzliche Vorteil wird, vgl. das Kennzeichen des Patentanspruchs
1, dadurch erreicht, daß - zwischen mehreren Fragmenten und/oder zwischen mehreren
Abschnitten., in - zumindest während einer Betriebsphase oder Herstellungsphase
nach dem Anbringen der leitenden Verbindungen - zugänglicher Weise, mindestens ein
Kurzschlußsteg angebracht ist.
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Es ist also bei der Erfindung, jedenfalls zunächst, ein Kurzschluß
steg zwischen mindestens zwei Fragmenten bzw.
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Abschnitten angebracht. Im Allgemeinen werden zunächst auf diese Weise
bevorzugt eine hohe Vielzahl der Fragmente bzw. Abschnitte durch Kurzschluß stege
verbunden. Zumindest ein Teil dieser Kurzschluß stege werden zur Justierung der
Induktivität nachher wieder nach undnach, z.B. mittels eines Lasers, aufgetrennt,
und zwar so viele Kurzschlußstege wieder aufgetrennt, bis schließlich die endgültig
gewünschte Induktivität erreicht ist.
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Die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen gestatten darüberhinaus
ähnliche zusätzliche Vorteile; es gestatten nämlich die Maßnahmen gemäß Patentanspruch
2, auf eine weitere Weise die Justierung der Hybridspule, also die bedarfsgerechte
Änderung ihrer Induktivität, in oft besonders kleinen Stufen durchzuführen, selbst
wenn der Magnetkern nicht verschoben oder sonstwie verändert wird, 3, die Induktivität
relativ leicht zusätzlich durch Verschieben des Magnetkernes zu verändern, und 4,
die Induktivität von vielen, in größeren Serien hergestellten Hybridspulen sogar
bei Bedarf weitgehend automatisch, zu verändert.
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Die Erfindung und deren Weiterbildungen werden anhand des in den Figuren
schematisch gezeigten Ausführungsbeispieles weiter erläutert, wobei Figur
1
eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel vor, sowie 2 eine teilweise aufgeschnittene
Draufsicht auf dasselbe Ausführungsbeispiel nach dem Auftrennen von Kurzschluß stegen
zeigen.
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In beiden Figuren ist das Substrat Su der Hybridspule erkennbar. Auf
dem Substrat Su sind jeweils die, z.B.
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aufgedruckten und eingebrannten, Fragmente F von Leiterbahnen angebracht,
die zumindest weitgehend jeweils zwischen, mit den betreffenden Leiterbahnen F leitend
verbundenen, Kontaktflecken KF, also zwischen jeweils einem ersten und einem zweiten
Kontaktflecken KF, liegen und die jeweils Fragmente F von Windungen der Hybridspule
darstellen.
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Auf diesen Fragmenten F ist jeweils der bevorzugt flache, durch eine
erste Isolierschicht Is1 von den Fragmenten isolierte Magnetkern MK angebracht,
vgl. die teilweise aufgeschnitten gezeigte.Hybridspule in Fig. 2, und zwar so, daß
seine im Magnetkern MK im Betrieb vorhandenen magnetischen Feldlinien, jedenfalls
teilweise, in einer Ebene parallel zur Substratoberfläche Su verlaufen und daß längs
der einen Seite des Magnetkernes MK die ersten Kontaktflecken KF und längs der gegenüberliegenden
Seite des Magnetkernes MK die zweiten Kontaktflecken KF liegen.
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Die durch die zweite Isolierschicht Is2 vom Magnetkern MK isolierten
Abschnitte A von Leiterbahnen bilden jeweils den Rest der Windungen der Hybridspule,
wobei in Fig. 2/links ein Teil dieser oberen Bestandteile des Ausführungsbeispiels
zur Verdeutlichunv des Aufbaus desselben wieder weggelassen wurde. Dabei sind leitend
Verbindungen V jeweils zwischen den ersten Enden dieser Abschnitte A mit den jeweils
zugeordneten ersten Kontaktflecken KF und zwischen den anderen zweiten Enden dieser
Abschnitte A mit den jeweils zugeordneten zweiten Kon-
taktflecken
KF angebracht. Dadurch sind die Spulenwindungen F/A um den Magnetkern MK herum hergestellt.
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Die Isolierschicht Is1 und/oder Is2 kann z.B. durch einen Aufdruck
eines Isolierlackes erreicht werden, wobei die Abschnitte A selbst auch z.B. in
Dickfilmtechnik auf einem Träger hergestellt sein können, was für sich in der älteren,
nicht vorveröffentlichten - DE-OS 30 16 067 beschrieben ist. Statt dessen kann aber
auch insbesondere die zweite Isolierschicht Is2 identisch mit dem Träger sein, auf
dem die Abschnitte A z.B. in Dickfilmtechnik angebracht sind, wobei freistehende
Enden dieser Abschnitte A über den Träger ls2 hinausragen, und wobei diese Enden
der Abschnitte A bei V mit den Kontaktflecken KF leitend verbunden sind. Diese Variante
der Herstellung der zweiten Isolierschicht Is2 und der Abschnitte A ist für sich
in der älteren, nicht vorveröffentlichten - DE-OS 30 35 861 beschrieben.
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Zur Ermöglichung der nachträglichen Änderung der Induktivität der
Hybridspule, vgl. Fig. 1, sind erfindungsgemäß eine Vielzahl von (im gezeigten Ausführungsbeispiel
zu zwei seitlichen Schienen KS zusammengefaßten, hier jeweils die eine Hälfte der
Kontaktflecken KF miteinander kurzschließenden)Kurzschlußstegen KS angebracht, -z.B.
in einem einzigen Arbeitsgang zusammen mit den Kontaktflecken KF und der damit leitend
verbundenen Fragmente F angebracht, also z.B. durch Aufdrucken von Leitermaterialpasten
im Siebdruckverfahren und durch anschließendes Einbrennen angebracht. Diese schienenförmige
Art von Kurzschlußstegen KS bewirkt an sich, daß ein Spulenstrom zunächst nahezu
nur über die Kurzschluß stege KS statt über die Windungen F/A der Hybridspule flIeßt.
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Die Induktivität beträgt also hier zunächst nahezu Null.
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Die Kurzschlußstege KS zwischen den einzelnen Kontakt-
flecken
KF bzw.. zwischen den Fragmenten F bzw. zwischen den Abschnitten A sind so angebracht,
daß sie nach ihrer Anbringung, zumindest während der Phase der Justierung der Hybridspule,
gut zugänglich sind, um mittels Auftrennen von Kurzschlußstegen KS, z.B. bei den
in Fig. 2 gezeigten Stellen T, die endgültige SEiumliche Form der durch die Windungen
F/A fließenden Spulenströme, vgl.
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Fig. 2, festzulegen und um auf diese Weise die endgültig ge Stärke
der Induktividät dieser Hybridspule festzulegen. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel
sind an der unteren Schiene KS von Kurzschlußstegen KS aile Verbindungen aufgetrennt
und an der oberen Schiene KS von Kurzschluß stegen KS alle Verbindungen bis auf
die drei rechtesten Verbindungen aufgetrennt, so daß rechts zwei Windungen F/A überbrückt
bleiben. Je nachdem, welche Kurzschlußstege man jeweils durchtrennt und welche man
nicht durchtrennt wird die Induktivität nach Bedarf mehr oder weniger stark verändert.
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Ein derartiges, nach und nach durchführbares Auftrennen kann man z.B.
mittels eines Laserstrahles erreichen, den man z.B., vgl. Fig. 1, nach und nach
entlang den beiden Laserspuren LS lenkt, und zwar unter ständiger Beobachtung der
jeweils erreichten Induktivität. Sobald die Induktivität den endgültig gewünschten
Wert, jedenfalls angenähert, erreicht hat, unterbricht man das Auftrennen der Kurzschlußstege
KS, vgl. dazu Fig. 2.
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Die Induktivität der Hybridspule ist besonders genau in besonders
kleinen Stufen auf einen gewünschten Wert justierbar, wenn, zusätzlich zu den Kurzschlußstegen
KS, die in der gleichzeitig eingereichten Anmeldung (= 80 E 6079 b) beschriebene
Maßnahme durchgeführt wird, daß also eines oder mehrere der Fragmente F und/oder
eines oder mehrere der Abschnitte A, in - zumindest während einer Betriebsphase
und/oder Herstellungsphase nach dem Anbringen der leitenden Verbindungen V - zugänglicher
Weise,
jeweils ein mindestens eine einzige Schlaufe aufweisendes Netzwerkvon Leitungen
bildet,.vgl. jene prioritätsgleiche Anmeldung, bzw. die dortigenzugehörigen Figuren
und Beschreibungen. Demnach entsprechen diese senkrecht zur Substratoberfläche Su
verlaufenden magnetischen Feldlinien im Bereich des Netzwerkes also relativ schwachen
Serieninduktivitäten, deren jeweilige Stärke, mittels nachundnach durchgeführter
Auftrennungen von Schlaufen bzw. Maschen des Netzwerkes,nach Bedarf nachträglich
wählbar bzw. veränderbar ist Besonders falls der Magnetkern MK im Bereich des Netzwerks
dünn, in Richtung senkrecht zur Substratoberfläche Su, ist, ist die Induktivität
der gesamten Hybridspule mittels des Netzwerkes in besonders kleinen Stufen, verglichen
mit den durch Auftrennen von Kurzschluß stegen KS erreichbaren stufenweisen Induktivitätsänderungen,
veränderbar -besonders dann, wenn zusätzlich die vom Magnetkern MK bedeckte Netzwerkfläche,
bzw. die von der Netzwerkfläche bedeckte Nagnetkernfläche MK, klein ist gegen die
Gesamtfläche des Netzwerkes.
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Bei einer zusätzlich mit dem Netzwerk ausgestatteten Hybridspule,mi-t
einem oder.mehreren erfindungsgemäßen Kurzschlußstegen KS, ist es oft empfehlenswert,
die endgültig gewünschte Induktivität dadurch zu justieren, daß man zuerst durch
Auftrennen von Kurzschlußstegen KS in groben, großen Stufen eine Induktivität einstellt,
die noch etwas kleiner als die endgültig gewünschte Induktivität ist, und daß man
anschließend durch Auftrennen von Schlaufen bzw. Maschen des Netzwerkes in feinen
Stufen die endgültig gewünschte Induktivität einstellt.
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Eine zusätzliche Maßnahme zur Veränderung der Induktivität, also zur
Justierung der Hybridspule, erreicht man auch dadurch, daß man zusätzlich den magnetischen
Widerstand des Magnetkernes MK, zumindest während einer Betriebsphase bei der Herstellung
und/oder Anwendung
or Hybrldspule, gemaß der Lehre der DE-OS 30
36 704 veränderbar macht, z.B. durch Verschieben des Magnetkernes MK und/oder durch
Ändern der.Form des Magnetkernes MK und/oder durch Verändern des Streufeldes der
-Hybridspule insbesondere mittels eines, außen und verschiebbar, angebrachten zusätzlichen
Magnetkörpers, der z.B. aus Eisen oder aus Ferrit-Keramik und dgl. bestehen kann,
vgl. die dortigen Figuren und die zugehörige Beschreibung.
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Demnach kann also z.B., vgl. Fig. 2, zur Ermöglichung der Justierung,
der Magnetkern MK zunächst verschieden tief in die zwischen den Isolierschichten
Is1 - Is2 gebildete Tasche gesteckt werden. Dieses Stecken sowie die Veränderung
des magnetischen- Widerstandes gelingt besonders leicht, wenn der Magnetkern MK,
gesehen senkrecht zur Substratoberfläche Su, im Bereich der Fragente F und der Abschnitte
A einen nichtparallelen Umriß, insbesondere einen keilförmigen Umriß, aufweist.
Dieses verschieden tiefe Stecken ändert den magnetischen Widerstand und damit die
Induktivität. Man justiert hierdurch die Hybridspule bevorzugt so, daß ihre Induktivität
zwar ähnlich, aber schwächer als endgültig gewünscht ist. Anschließend trennt man
noch Kurzschlußstege KS, evtl. auch noch Schlaufen bzw. Laschen des Netzwerkes auf,
bis die endgültig gewünschte Induktivität der gesamten Hybridspule erreicht ist.
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Unabhängig davon, ob ein Netzwerk und/oder ob ein Magnetkern MK mit
veränderbarem oder unveränderbarem magnetischen Widerstand verwendet ist, ist also
di.e Induktivität der Hybridspule stufenweise dadurch veränderbar, daß, z.B. mittels
eines Laserstrahles, unter Messung der jeweiligen Induktivität, einer oder mehrere
der Kurzschlußstege KS aufgetrennt werden, wodurch die endgültige räumliche
Lage
der Spulenströme durch die Windungen F/A festgelegt und damit die endgültige Induktivität
der Hybridspule festgelegt werden kann.
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4 Patentansprüche 2 Figuren
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