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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Montageanordnungen für Induktionsspulen.
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Beschreibung der verwandten
Art
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Induktivitäten bzw.
Induktionsspulen werden häufig
benutzt als Komponenten in einer großen Vielfalt in elektronischen/elektrischen
Schaltkreisen. Beispielsweise Anwendungen von Induktionsspulen sind
sogenannte „Drosseln", die üblicherweise
benutzt werden für
die Störungsunterdrückung, z.
B. in Motoren für
Haushaltsgeräte,
um eine Störung
(Radiofrequenzen) bei einem Radio, Fernsehausrüstung und dergleichen oder
in elektronischen Vorschaltgeräten
von Leuchtstoffröhren
zu verhindern.
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Typische
Induktionsspulen-Montageanordnungen beinhalten typischerweise einen
Induktionsspulenkörper
(Hülse
oder Spule) aus einem elektrisch isolierenden Material und einer
leitenden Drahtwindung, die um die Spule gelegt ist. Ein Kern, wie
z. B. ein Ferritkern, kann in die Spule eingeführt werden, um den Induktionswert
der Induktionsspule zu erhöhen.
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Als
solches werden diese Komponenten meistens auf eine gedruckte Schaltungsplatte
(PCB) montiert zusammen mit anderen Schaltkreiskomponenten. Für diesen
Zweck werden die Enden der Induktionsspulenwindungen verbunden (angelötet) mit Metallstiften.
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Eine
geläufige
Baugruppe sieht den Induktionskörper
oder die Induktionsspule vor, die aus einem Kunststoff durch Gießverfahren
hergestellt ist, wie z. B. Spritzguss. Nach dem Gießen werden
die Metallstifte in das Gehäuse
eingebracht, nachdem das Gießen
an geeigneten Stellen erfolgt ist, und die Enden der Induktionswindung
werden an Metallstifte angelötet,
um so die notwendige elektrische Verbindung herzustellen. Die Stifte
ragen aus dem Induktionskörper
hervor und erlauben es so, dass sie in aufnehmende Löcher eingebracht
werden können,
die vorgesehen sind in der Leiterplatte bzw. PCB, auf welche die
Induktionsspule montiert wird.
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Aus
Isolationsgründen
besteht die Induktionswindung normalerweise aus einem elektrisch
leitenden Draht (beispielsweise Kupfer), der umhüllt ist von einer isolierenden
Schicht, wie z. B. einer Lackisolierung. Um eine gute elektrische
Verbindung zu den Stiften herzustellen, muss die Lackisolierung örtlich weggenommen
werden (z. B. zerstört
werden), was typischerweise durch Anwendung von Hitze geschieht.
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Die
zum Stand der Technik gehörenden
Anordnungen, wie gerade beschrieben, sind mit einer Anzahl von Nachteilen
belastet, die sich im Wesentlichen auf das entsprechende Verfahren
beziehen, das an sich langsam ist. Produktionskosten von solchen
Baugruppen werden auch nachteilig dadurch beeinflusst, dass Metallstifte
benötigt
werden; und hinzu kommt der entsprechende Einfügeschritt in den Induktionsspulenkörper die
Induktionsspule.
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Aus
der Produktion der Ing. Norbert Weiner GmbH in Bergneustadt (Deutschland)
sind sogenannte Topfboxen bekannt für den Gebrauch mit gedruckten
Schaltungsplatten (PCBs), besonders für den Gebrauch als Komponenten
für SMD-Befestigung
auf einer Leiterplatte (PCB). Dies sind Kunststoffgehäuse, die
keine Metallanschlüsse
haben. Wenn man diese Anordnungen benutzt, werden Drähte mit
den integrierten Kunststofffüßen verbunden.
Abhängig
von der Drahtstärke
werden die eingebundenen Punkte von Drähten fixiert in V-förmigen Schlitzen
der Kunststofffüße für deren
Umhüllung und
um eine eventuelle Verbindung zu der gedruckten Schaltungsplatte
(PCB) herzustellen. Diese Lötpunkte
sollten vor der Positionierung auf der gedruckten Schaltungsplatte
(PCB) blank gebürstet
werden. Diese Gehäuse
für gedruckte
Schaltungsplatten (PCBs) sind als geeignet angezeigt für Filterdrosseln oder
ISDN-Komponenten.
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Dokument
US-A-4 774 756 offenbart
eine Haubenspule mit einem elektrisch isolierenden Material, die
zwei Endflansche umfasst, mit denen eine Windungsstelle identifiziert
wird. Feste Pins sind vorgesehen in dem ersten Flansch, die elektrisch
leitend sind.
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Ziel und Zusammenfassung der
Erfindung
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Trotz
der Bemühungen,
die durch den Stand der Technik bezeugt sind, der im Vorangehenden
diskutiert wurde, wird noch ein Bedürfnis nach Induktionsspulen-Montageanordnungen,
welche:
- – einfach
sein können
in der Konstruktion und Struktur, während sie eine wandlungsfähige technische
Lösung
darstellen, und
- – es
nicht erforderlich machen, wesentliche Änderungen im Layout von gedruckten
Schaltungsplatten und der Montageprozedur, die ausgerichtet ist für das Befestigen
einer Induktionsspule an einer gedruckten Schaltungsplatte.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drossel bereitzustellen,
die den noch unerledigten Bedürfnissen
entspricht.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird das Ziel erreicht durch Mittel für eine Montageeinheit
für Induktionsspulen,
die die Merkmale aufweisen, die in den folgenden Ansprüchen aufgeführt sind;
diese Ansprüche
bilden einen integralen Bestandteil der Offenbarung der Erfindung.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein entsprechendes Verfahren
für die
Herstellung solch einer Montageeinheit.
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Eine
derzeit bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung beinhaltet:
- – einen gegossenen Induktionskörper (oder
-spule) aus einem elektrisch isolierenden Material (beispielsweise
Kunststoff), der eine Endfläche aufweist
mit wenigstens einem geformten bzw. gegossenen Stift, der über die
Endfläche
heraussteht,
- – eine
Drahtwindung um den Körper,
der Draht der Windung weist wenigstens ein Ende auf, das um den
wenigstens einen gegossenen Stift gewunden ist, der über die
Endfläche
herausragt, und
- – eine
Anhäufung
von Lötmaterial,
das wenigstens ein Ende der Drahtwindung um den wenigstens einen
gegossenen Stift, wobei das Lötmaterial
den elektrischen Kontakt zu wenigstens einem Ende des Drahtes herstellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun beispielhaft beschrieben, mit Bezugnahme auf
die beigefügten
Figuren der Zeichnung, wobei
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1 eine
schematische Perspektivansicht einer Montageeinheit für eine Induktionsspule
entsprechend der Erfindung ist,
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2 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1 ist
und
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3 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Montageeinheit
von 1 ist.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung
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In 1 der
beigefügten
Zeichnung zeigt das Bezugszeichen 1 als Ganzes eine Induktionsspule.
Die in Frage kommende Induktionsspule kann beispielsweise eine sogenannte
Drossel für
den Gebrauch der Störunterdrückung in
Motoren für
Haushaltsgeräte
sein, um Radiofrequenz-(FR-)Störungen auf
Radio-, TV-Ausrüstungen
und dergleichen zu verhindern. Ein alternatives beispielhaftes Gebiet können elektronische
Vorschaltgeräte
für Leuchtstoffröhren sein.
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Für jene mit
Fertigkeiten im Fachgebiet wird sofort zu würdigen sein, dass diese möglichen
Anwendungsgebiete nur von beispielhafter Natur sein können und
in keiner Weise in einem beschränkenden
Sinne des Umfangs der Erfindung ausgelegt werden können; dieser
Schutzumfang ist insgesamt allgemein. Tatsächlich kann die Induktionsspule,
die hierin betrachtet wird, jeden Typ von Induktionsspule betreffen
für den
Gebrauch in einem elektrischen/elektronischen Schaltkreis und vorgesehen sein,
um auf eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB) zusammen mit anderen
Schaltungskomponenten (nicht gezeigt) montiert zu werden.
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Die
Induktionsspulen-Montageeinheit 1, die hierin betrachtet
wird, beinhaltet einen Induktionsspulengrundkörper (Hülse oder Spule) 2 aus
einem elektrisch isolierenden Material. Im einschlägigen Fall
ist ein solches isolierendes Material ein plastisches Material (wie
z. B. Polybutylenterephthalat PBTP oder andere wie Polyamid PA,
Polykarbonat PC, Polyethylenterephthalat PETP, Flüssigkristallpolymer
LCP, Polyphenylsulfid PPS). Solch ein Material ist geeignet, den
Körper 2 über ein
Gießverfahren herzustellen,
wie z. B. Spritzgießen.
Kunststoffmaterialien wie PBT haben im Allgemeinen geringe Erweichungstemperaturen
im Bereich von 220–240°C.
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Der
Grundkörper 2 zeigt
im Allgemeinen eine rohrförmige
Gestalt mit einer axialen Öffnung 2a,
die es den Umständen
entsprechend ermöglicht,
einen Kern, wie einen Ferritkern (nicht gezeigt), aufzunehmen, der
in den Grundkörper
eingebracht wird, um den Induktivitätswert der Induktionsspule
zu erhöhen.
Der kreisrunde Körper 2 ist
an gegenüberliegenden
Enden 20a und 20b mit Flanschausbildungen versehen,
deren Zweck mit den folgenden Ausführungen erklärt werden
wird.
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Integral
mit dem Grundkörper 2 (und
somit eingeschlossen von demselben elektrisch isolierenden Material,
wie z. B. PBT des Grundkörpers 2)
ausgebildet sind ein oder mehrere Stifte 200.
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Die
Stifte 20 stehen von wenigstens einer der Endflächen (hier
die Endfläche 20b)
des gegossenen Induktionskörpers
(oder -spule) hervor. Die Stifte 200 sind so ausgerichtet,
dass sie in entsprechende aufnehmende Löcher, die in einer Leiterplatte
(nicht gezeigt) vorgesehen sind, eingebracht werden, auf welcher
Leiterplatte die Induktionsspule 1 befestigt wird.
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Bezugszeichen 3 bezeichnet
als Ganzes eine Windung von elektrisch leitendem Draht (wie z. B.
Kupfer), der um den Induktionskörper 2 im
Bereich zwischen den Flanschausbildungen gewunden ist, die an den
Enden 20a und 20b vorgesehen sind. Solche Flanschausbildungen
bilden so seitliche (d. h. axiale) Eingrenzungsausbildungen für die Drahtwindung 3.
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Aus
Isolationsgründen
ist der elektrisch leitende Draht der Windung 3 üblicherweise
versehen mit einer isolierenden Schicht, wie einer Lackisolierung.
Um die Drahtwindung an ihren Enden freizulegen, muss die Beschichtung
lokal weggenommen (z. B. gebrochen) werden, was typischerweise durch
Anwendung von Hitze geschieht. Eine typische Lackisolierung, die
für diesen
Zweck benutzt wird, ist eine Polyurethanlackisolierung, welche,
um zerstört
zu werden, auf eine Temperatur von wenigstens 300°C gebracht
werden muss. Es ist anzuerkennen, dass eine solche Temperatur höher ist
als die Erweichungstemperatur (220–240°C) des plastischen Materials,
aus dem der Grundkörper 2 besteht,
einschließlich
der Stifte 200, die integral mit diesem ausgebildet sind.
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Wie
in 1 gezeigt und besser detailliert in der Querschnittsansicht
von 2 hat die Drahtwindung 3 um den Grundkörper 2 wenigstens
ein Ende 30 (und bevorzugt zwei Enden), die um einen entsprechenden
der angegossenen Stifte 200 gewunden sind, die von einer
Endseite 20b des Grundkörpers 2 abstehen.
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Eine
Anhäufung
von Lötmaterial 4 befestigt das
Ende 30 der Windung 3 um den entsprechenden Stift 200,
der integral an den Grundkörper
angeformt ist. Das Lötmaterial
(typischerweise eine Sn-Pb-Lötmasse,
die einen Schmelzpunkt von ungefähr
180°C hat,
oder moderne bleifreie Verbindungen, deren Schmelzpunkt variieren
kann in Abhängigkeit
von den Elementen, die darin eingeschlossen sind, aber im Allgemeinen
unter 250°C
sind), stellt einen elektrischen Kontakt her mit dem Ende 30 der
Windung.
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Diese
Ausrichtung fuhrt zu einer Stiftstruktur, die einen „Kern" einschließt, der
integral an dem gleichen isolierenden (plastischen) Material des
Grundkörpers 2 angeformt
ist. Diese Struktur beinhaltet auch eine äußere, elektrisch leitende „Umhüllung", die mit dem Ende 30 des
Drahtes 3, der um den Stift 200 gewunden wird
und eine Anhäufung
von Lötmaterial 4 hat,
das das Ende 30 um den Stift 200 befestigt, erhalten
wird.
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Das
Herstellungsverfahren, das schematisch wiedergegeben wird durch
das Flussdiagramm von 3, beinhaltet in einem ersten
Schritt 100 das Gießen
bzw. Ausformen des Körpers 2 – und der
Stift/die Stifte 200 werden im Gesamten mit ausgebildet.
Dies geschieht typischerweise über
eine konventionelle Technologie, wie z. B. Spritzgießen, so
dass der Körper 2 und
jeder Stift 200 integral gegossen werden und somit eingeschlossen
sind in einem (einzigen), mit Spritzguss gegossenen Stück.
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In
einem Schritt 102 wird der Draht 3 um den Körper 2 gewunden.
Dies geschieht wiederum unter Zurückgreifen auf automatische
Wickeltechnik, die konventionell ist bei der Herstellung von Induktionsspulen.
Solch automatische Technik sieht gewöhnlich vor, dass der Körper 2 um
eine Hauptachse gedreht wird, während
der Draht bemessen und zugeführt wird
von einem Abgabekopf, der sich relativ axial um den Körper 2 bewegt.
Solch eine Windungstechnik kann leicht erweitert werden in einem
Schritt 103 für die
Windung des Drahtendes/der Drahtenden 30 um den entsprechenden
Stift oder die Stifte 200, wie in 2 gezeigt.
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An
dieser Stelle wird in einem Schritt 104 das Drahtende 30,
das um den Stift 200 gewickelt ist, einer Erhitzung unterzogen
(typischerweise über 300°C, wie z.
B. eine Erhitzung bei 400°C
für 1/10 Sekunde),
um den isolierenden Lackdraht aufzubrechen und so örtlich die
isolierende Schicht wegzunehmen, um den leitenden Kern an einem
Drahtende freizulegen.
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Trotz
der kurzen Zeit der Anwendung wird die Hitze, die angewendet wird,
um die isolierende Lackisolation aufzubrechen, tatsächlich geringfügig das
plastische Material des Stiftes 200 erweichen, das eine
geringere Erweichungstemperatur hat. Jede unerwünschte Deformation des Stiftes
wird jedoch dadurch vermieden, dass das Drahtende 30 ausgebildet
ist als eine Art Eingrenzungskäfig,
der um den Kunststoffkern des Stiftes 200 herum besteht.
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Schließlich wird
im Schritt 105 die Weichlotmasse 4 um den Stift 200 und
das Drahtende 30, das herumgewunden ist, zur Anwendung
gebracht, um die Anordnung wie in 2 gezeigt
zu vervollständigen.
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Natürlich, ohne
Präjudiz
hinsichtlich der eigentlichen Prinzipien der Erfindung, können die
Details und die Ausführungsformen
variieren, auch erheblich in Bezug auf das, was nur im Wege eines
Beispiels beschrieben wurde, ohne den Umfang der Erfindung, wie
in den beigefügten
Ansprüchen
definiert, zu verlassen.