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Verfahren zur Herstellung einer Spule od.dgl.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spule,
Drossel oder Induktivität, deren Drahtwicklung auf einem Kern sitzt. Dabei handelt
es sich in der Regel um einen zylinderförmigen Ferritkern, da dieser Werkstoff die
für die beispielsweise Anwendung in der Hochfrequenztechnik, Magnettontechnik oder
elektronischen Datenverarbeitung notwendigen guten magnetischen Eigenschaften besitzt.
Derartige Bauelemente gehören zu den grundlegenden Bestandteilen elektrischer und
elektronischer Schaltungen und werden deshalb in den verschiedensten Geräten millionenfach
eingesetzt. Es handelt sich also um ausgesprochene Massenware, die insbesondere
auf automatische Weise verarbeitet wird. In der Praxis geschieht dies in der Regel
durch sogenannte "Bestückungsautomaten", die die fertigen Spulen an entsprechende
Stellen von Platinen, Leiterplatten oder Schaltungsträgern setzen und kontaktieren.
Um die Spulen in geordneter Weise verpackt für die weitere Bearbeitung anliefern
zu können, werden sie in der Regel mittels eines Bandes od.dgl. vergurtet.
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Die automatisierte Weiterverarbeitung stellt Grundforderungen an die
äußere Form der Spulen. Es
müssen nämlich deren Anschlußdrähte möglichst
zentrisch rechtwinklig von den Stirnseiten des zylindrischen Ferritkerns abstehen,
um durch diese definierte Position den Zugriff des Bestückungsautomaten auf die
Spule möglichst fehlerfrei zu ermöglichen.
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Beim Stand der Technik wird das möglichst zentrisch-rechtwinklige
Abstehen der Anschlußdrähte von den beiden Stirnenden des Ferritkernes verwirklicht,
indem für die Anschlußdrähte separate, von der Wicklung primär unabhängige Drahtstücke
verwendet werden. Deren jeweilige Freienden werden in zentrisch in der Stirnseite
des Ferritkerns eingeformte Sacklöcher eingepreßt, -gestaucht oder -geklebt. Dies
stellt bei der Fertigung einen gesonderten Verfahrensschritt dar. Anschließend wird
der Ferritkern mit der entsprechenden Drahtwicklung versehen und die beiden Wicklungsenden
von außen her über die Stirnseite zu den zentralen Drahtstücken geführt und dort
verschweißt bzw.
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verlötet. Die-ser Fertigungsvorgang ist sehr aufwendig und bringt
für die Weiterverarbeitung der auf diese Weise hergestellten Spulen, Drosseln oder
Induktivitäten folgende Nachteile mit sich.
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Durch den notwendigen Anschweiß- bzw. Anlötvorgang der Wicklungsenden
an die zentrisch-axial abstehenden Anschluß- bzw. Haltedrahtstücke ist leicht eine
Ortsverlagerung dieser Drahtstücke aus ihrer zentrierten Soll-Lage möglich. Ihre
dadurch nicht mehr definierte Lage führt zu Betriebsstörungen in den Bestückungsautomaten.
Dies muß für einen reibungslosen Fertigungsprozeß unbedingt vermieden werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer Spule, Drossel oder Induktivität anzugeben, welches fertigungstechnisch einfacher
durchführbar ist und bei dem gewährleistet ist, daß die Anschlußdrähte praktisch
immer in ihrer zentrisch-axialen Sollrichtung von der Stirnseite des Ferritkerns
abstehen.
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Diese Aufgabe ist gemäß den verfahrenskennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst. In an sich bekannter Weise wird durch eine Wickelmaschine eine
Drahtwicklung hergestellt, die ein- oder mehrlagig sein kann. Auch sind innerhalb
eines zylindrischen Grundumrisses radial bzw. axial alternierende Wicklungsverläufe
mit mehreren Lagen denkbar.
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Jedenfalls sollte im Wicklungsinnern ein Freiraum verbleiben, der
etwa der Form des einzuschiebenden Ferritkerns entspricht. Zur Fixierung der Wicklungslagen
untereinander ist es hinreichend bekannt, beispielsweise sogenannten "Backlack"
oder aushärtende Epoxydharze zu verwenden. In aller Regel wird also in diesem ersten
Verfahrensschritt eine Wicklung hergestellt, von der zwei Wicklungsenden in beliebiger
Richtung abstehen können.
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Im nächsten Verfahrensschritt wird diese vorgefertigte Wicklung auf
den Kern in dessen Axialrichtung aufgeschoben bzw. umgekehrt der Kern in den Wicklungsraum
eingeschoben.
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Dieser Kern weist eine erfindungswesentliche Besonderheit auf. Er
ist von zwei Durchführungskanälen durchsetzt, die jeweils etwas schräg zu seiner
Längsachse in Gegenrichtung von einer jeweils dezentrisch in den gegenüberliegenden
Stirnseiten des Kerns eingeformten Einführungsöffnung ausgehend zu einer auf der
jeweils gegenüberliegenden Stirn-
seite zentrisch angeordneten Ausmündungsöffnung verlaufen. Durch
jeden dieser Durchführungskanäle wird ein Anschlußfreiende des Anschlußdrahtes von
der dezentrischen Einführungsöffnung zur zentrischen Ausmündungsöffnung hindurchgeführt.
Damit ist gewährleistet, daß die beiden Anschlußdrähte wirklich zentrisch-axial
von den Stirnseiten des Ferritkerns abstehen. Diese definierte Soll-Lage wird vorteilhafterweise
nicht mehr durch weitere Schweiß- oder Lötvorgänge - wie bei dem Herstellungsverfahren
nach dem Stand der Technik - verändert. Dadurch ist eine Quelle für Betriebsstörungen
bei der Fertigung von Schaltungen mit Bestückungsautomaten praktisch ausgeschlossen.
bie verfahrenstechnische Vereinfachung ergibt sich offensichtlich dadurch, daß sich
die Wicklungsenden in den Anschlußdrähten fortsetzen, die gleichzeitig die zentrisch-axiale
Haltefunktion der Haltedrähte bei den Spulen nach dem Stande der Technik übernehmen.
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Auch entfallen bei dieser Verfahrensweise zwei SchweiB- bzw. Lötstellen,
wenn entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 2 die Anschlußdrähte einstückig an
die Wicklung angeformt werden, was bei herkömmlichen Spulen dieser Art gar nicht
möglich ist. Eine weitere Verfahrensverbesserung ergibt sich dadurch, daß quasi
mit dem Ausformen der Drahtwicklung ein Anschlußfreiende so gebogen wird, daß es
durch den von der Wicklung umgebenen Raum verläuft. Während des Aufschiebens der
Wicklung auf den Kern kann dieses Anschlußfreiende gleichzeitig und in der gleichen
Schieberichtung von der dezentrischen Einführungsöffnung zur zentrischen Ausmündun
gsöffnung des Durchführungskanals hindurchgeschoben werden.
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,sach dem Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 3 wird ein abschließender
Verfahrensschritt eingeführt, der bei der herkömmlichen Herstellung von
Spulen
od.dgl. schwerlich denkbar wäre. Bei Anlegen einer vom Kern weggerichteten Zugkraft
an den Anschlußfreienden würde die Wicklung einfach vom Ferritkern heruntergezogen
werden, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch diesen Zug an den beiden
Anschlußfreienden die Spulenwicklung "komprimiert" und auf dem Ferritkörper fixiert
wird.
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Durch die quasi schlaufenartige Hindurchführung der beiden Anschlußdrähte
durch den Kern ist praktisch eine "Verknüpfung" von Wicklung und Wickelkern gegeben,
wodurch ein gegen mechanische Beanspruchungen von außen unempfindliches Schaltungsbauteil
geschaffen wird.
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Durch einen weiteren Verfahrensschritt gemäß Kennzeichen des Anspruches
4 kann die Wicklung an den Übergangsbereichen zu den Anschlußdrähten in der Nähe
der dezentrischen Einführungsöffnungen mittels einer Schweiß-, Löt- oder Klebestelle
zusätzlich fixiert werden. Dies hat insbesondere für mehrlagige Wicklungen Vorteile.
Da diese Stelle jedoch nicht im Bereich der zentrischen Ausmündungsöffnung liegt,
brauchen Ortsverschiebungen der Anschlußfreienden nicht befürchtet zu werden. Zum
Einsatz in Bestückungsautomaten sind also nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Spulen etc.
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nach wie vor bestens geeignet.
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Für Spulen, die ganz bestimmte elektrische Kerngrößen aufweisen sollen,
sind aus Gründen der Elektrodynamik für die Wicklung Drähte bzw. Drahtquerschnitte
verlangt, die stark von den Anschlußdrähten abweichen. Auch hier kann das erfindungsgemäße
Verfahren vorteilhaft angewendet werden. Es kann nämlich bei einer einstückigen
Ausführung von Wicklungs- und Anschlußdraht das zu wickelnde Drahtgrundmaterial
vor der Wicklungsformgebung in
entsprechenden Vorsatzmaschinen
beispielsweise querschnittsverändert werden. Hier ist an Strecken, Walzen oder Hämmern
zu denken. Ist die der Wicklung entsprechende Drahtlänge in dieser Weise bearbeitet
und in die Spiralform gebogen, so ist eine Spule entstanden, deren Anschlußdrähte
normal ausgeführt sind, deren Wicklungsdrähte jedoch den gewünschten Sonderquerschnitt
aufweisen. Trotzdem besteht der gesamte Draht aus einem Stück, was fertigungstechnisch
sehr vorteilhaft ist.
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Auch falls Anschluß- und Wicklungsdraht so weit voneinander abweichen,
daß eine einstückige Ausformung nicht mehr möglich ist, ergeben sich gemäß der Erfindung
Vorteile. Die Verbindungsstelle kann nämlich im Bereich zwischen dezentrischer Einführungsöffnung
und dem radial benachbarten Randbereich der Ferritkernstirnseite angeordnet werden.
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Sie liegt also wiederum nicht im Bereich der zentrischen Ausmündungsöffnung
und gibt dadurch keinen Anlaß zu einer Lageveränderung des zentrisch-axial abstehenden
Anschloßfreiendes.
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Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 5 bis 9 beschreiben nach
dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellte Spulen, Drosseln oder
Induktivitäten. Die wesentlichen Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind bereits
an Hand der Verfahrensansprüche beschrieben. Zusätzlich ist darauf hinzuweisen,
daß bei Spulen nach dem Stand der Technik immer eine Lötstelle zwischen dem Anschlußdraht
und den Wicklungsenden notwendig ist, da das wicklungsseitige Freiende in der beschriebenen
Sackbohrung einliegt. Dies kann demgegenüber beim Erfindungsgegenstand entfallen.
Die Gefahr kalter Lötstellen oder unerwünschter Wärmeeinflüsse durch den Löt- bzw.
Schweißvorgang wird also vermieden.
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Weiterhin verträgt der Anschlußdraht höhere Zugkräfte - wie sie beispielsweise
bei unsachgemäßer Handhabung oder falscher Einstellung der Bestückungsautomaten
auftreten können -, da der Anschlußdraht im Durchführungskanal auf einer großen
Länge anliegt und im Bereich der Einführungsöffnung umgelenkt ist. Durch die gegenseitige
Anlage von Draht und Ferritkern absorbiert dieser einen Teil der angreifenden Zugkräfte
innerhalb des Durchführungskanals. Die am neuralgischen Punkt vom Übergang des Anschlußdrahtes
zu beispielsweise einer dünnen Wicklung auftretenden Restzugkräfte sind dementsprechend
niedriger als bei Spulen nach dem Stande der Technik. Bei diesen liegt die Verbindungsstelle
nämlich exponiert im direkten Angriffsbereich der Zugkräfte.
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Durch das Kennzeichnungsmerkmal des Anspruches 9 ist ein vorteilhafter
Kompromiß zwischen leichter Durchschiebbarkeit und saubere Führung der Anschlußdrähte
durch die Durchführungskanäle gegeben.
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In der Summe ihrer Vorteile schafft die Erfindung also ein Verfahren
zur Herstellung von Spulen, Drosseln oder Induktivitäten, das fertigungstechnisch
rationeller ist und gleichzeitig die für die automatisierte Weiterverarbeitung unerläßliche
zentrisch-axiale Sollstellung der Anschlußdrähte gewährleistet.
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Das erfinderische Verfahren und eine danach hergestellte Drossel ist
an Hand der beiliegenden Figuren in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung
einer Drossel, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung und Fig. 3 einen vertikalen
Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Drossel.
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Gemäß Fig. 1, Verfahrensschritt A, wird das vorzugsweise lackisolierte
Drahtgrundmaterial 1 mit einer Biege- bzw. Wickelmaschine 2 in an sich bekannter
Weise ohne Verwendung eines Wickelkerns zur Wicklung 3 geformt. An den Wicklungsenden
4 schließen durch entsprechend überstehende Drahtabschnitte die Anschlußdrähte 5,6
an. Nach dem Abschneiden dieser Anordnung wird das Anschlußfreiende 7 durch den
von der Wicklung 3 umgebenen Raum geschoben (Verfahrensschritt B).
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Nachdem dem Draht diese grundlegende Form gegeben worden ist, erfolgt
das Aufbringen der Wicklung 3 auf den Ferritkern 8. Dazu wird das Anschlußfreiende
7 in die dezentrisch in der zugewandten Stirnseite 9 liegende Einführungsöffnung
10 des Ferritkerns eingefädelt. Durch die Relativbewegung von Ferritkern 8 und Wicklung
3 zueinander wird der Anschlußdraht 6 durch den im Ferritkern eingeformten Durchführungskanal
11 hindurchgeschoben, bis er auf der gegenüberliegenden Stirnseite 12 aus der zentrisch
liegenden Ausmündungsöffnung 13 austritt. Hat der Ferritkern 8 seine Sollstellung
gegenüber der Wicklung 3 erreicht (Schritt D), wird das Anschlußfreiende 14 herumgebogen
und in die auf der Stirnseite 12 dezentrisch angeordnete, zweite Einführungsöffnung
15 eingefädelt und durch den zweiten Durchgangskanal 16 hindurchgeschoben. Dessen
Ausmündungsöffnung 17 befindet sich in ebenfalls zentrischer Lage auf der Stirnseite
9 des Ferritkerns 8. Durch abschließenden Zug an den beiden Anschlußfreienden 7,14
(dargestellt durch die beiden
Pfeile bei Verfahrensschritt E) kann
der Wicklung 3 ein fester, fixierter Sitz auf dem Ferritkern 8 gegeben werden, wodurch
quasi eine Verknüpfung zwischen diesen beiden Bauteilen stattfindet.
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Durch eine spezielle Auslegung der Biegemaschine 2 kann dem Drahtgrundmaterial
1 im Bereich der Wicklung 3 zusätzlich eine spezielle Querschnittsform - etwa dünner
als der Anschlußdraht, flach-rechteckig od.dgl. - gegeben werden, ohne daß sich
irgendwelche Nachteile auf die weitere Herstellung bzw. die Anwendung der erfindungsgemäßen
Spule einstellen.
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Insbesondere wird das zentrisch-axiale Abstehen der Anschlußdrähte
5,6 von den jeweiligen Stirnseiten 9,12 dadurch überhaupt nicht beeinflußt.
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In Fig. 3 ist der Erfindungsgegenstand in einem vertikalen Längsschnitt
dargestellt. Die spiralförmige, tangential verlaufende Wicklung 3 sitzt auf der
Außenwandung des zylindrischen Ferritkerns 8. Die beiden Wicklungsenden 4 gehen
im Randbereich des Kerns in die beiden Anschlußdrähte 5,6 über. Der Ferritkern 8
weist zwei etwa in Längsrichtung verlaufende, parallele Durchführungskanäle 11,16
auf. Deren Einführungs- 10,15 bzw. Ausmündungsöffnungen 13,17 liegen jeweils auf
gegenüberliegenden Stirnseiten 9,12 des Ferritkerns 8. Die Einführungsöffnungen
10,15 sind beabstandet von der Rotationsachse 18 des Ferritkerns 8 dezentrisch angeordnet.
Die Ausmündungsöffnungen 13,17 dagegen liegen zentrisch. Die Anschlußfreienden 7,14
der Anschlußdrähte 5,6 erstrecken sich zentrisch axial in einem rechten Winkel von
den Stirnseiten 9,12 vom Ferritkern 8 weg. Für bestimmte Einsatzzwecke ist es natürlich
denkbar, in einem nachfolgenden Verfahrensschritt diesen Anschlußfreienden eine
beliebige Richtung zu geben. Da beim Erfindungsgegenstand die Anschlußdrähte 5,6
jeweils an einer genau definierten
Stelle vom Ferritkern 8 weggeführt
werden, kann ein solcher nachfolgender Biegevorgang ebenfalls exakt und unter Bezugnahme
auf diese definierte Position durchgeführt werden.
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An Hand der Figuren 2 und 3 wird besonders deutlich, daß durch den
erfindungsgemäßen Drahtverlauf durch die beiden Durchgangskanäle 11,16 eine Art
Schlaufenbildung geschaffen wird, wodurch sich ein Verknüpfungseffekt zwischen Wicklung
3 und Ferritkern 8 ergibt.
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In diesen beiden Figuren ist jeweils die einstückige Ausführung von
Anschlußdrähten 5,6 und der Wicklung 3 gezeigt. Bei der Verwendung zweier verschiedener
Drahtsorten sind die Verbindungsstellen jeweils im Bereich zwischen den dezentrischen
Einführungsöffnungen 10,15 und den radial benachbarten Stirnseitenrändern 19,20
anzuordnen. Da diese Bereiche nicht in geradliniger Fortsetzung einer etwaigen Zugkraft
an den beiden Anschlußfreienden 7,14 liegen, wird die auf die Verbindungsstelle
wirkende Kraft durch die vorherige Umlenkung des Drahtes erheblich reduziert.
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Bezugszeichenliste 1 = Drahtgrundmaterial 2 = Biegemaschine 3 = Wicklung
4 = Wicklungsenden 5 = Anschlußdraht 6 = Anschlußdraht 7 = Anschlußfreiende 8 =
Ferritkern 9 = Stirnseite 10 = Einführungsöffnung 11 = Durchführungskanal 12 = Stirnseite
13 = Ausmündungsöffnung 14 = Anschlußfreiende 15 = Einführungsöffnung 16 = Durchführungskanal
17 = Ausmündungsöffnung 18 = Rotationsachse 19 = Stirnseitenwand 20 = Stirnseitenwand
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Leerseite -