DE69825079T2

DE69825079T2 - Einrichtung zur durchführung eines magnetkreises auf einer leiterplatte

Info

Publication number: DE69825079T2
Application number: DE69825079T
Authority: DE
Inventors: Risto Tuovinen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2018-12-12
Also published as: EP1040737B1; FI105294B; DE69825079D1; EP1040737A2; WO1999031946A2; WO1999031946A3; FI974535A; FI974535A0; AU1564999A; US6326875B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf induktive Schaltungen, die an einer gedruckten Platte bzw. Platine implementiert sind, wie beispielsweise ebene Transformatoren bzw. Wandler bzw. Umformer, wobei Ferritstücke Verwendung finden, welche um ein an der Schaltungsplatte gebildetes Verdrahtungsmuster herum gesichert sind. Diese Stücke bringen einen Weg für den magnetischen Fluss mit sich. Genauer betrifft die Erfindung eine Anbringung bzw. Befestigung von derartigen Stücken an einer Schaltungsplatte.
Stand der Technik
Ebene Magneten sind eine vorteilhafte Alternative zu den herkömmlichen Eisenkernen, wenn ein geringes Profil für induktive Komponenten gewünscht ist. Diese Alternative wurde im Allgemeinen verwendet, beispielsweise wenn Wandler an einer Schaltungsplatte implementiert werden.
Bei diesen sogenannten ebenen Wandlern sind die Wandlerspulen bzw. -windungen an der gedruckten Platte integriert. Eine derartige Struktur bzw. Aufbau ist in 1 dargestellt, welche vier leitfähige Schichten A bis D einer Vielschicht-Schaltungsplatte PCB zeigt, wodurch das gewünschte Wicklungsmuster WP1 ... WP4 für jede Schicht implementiert ist. Diese Wicklungsmuster bilden die Wandlerwicklungen (erste und zweite Wicklung). Der Wandlerkern in dem in der Figur als ein Beispiel gezeigten Fall ist durch als ein E profilierte Ferritstücke F1 und F2 gebildet, für welche die Schaltungsplatte entsprechende Öffnungen H1 ... H3 aufweist, die sich bei den Armen des E durch die Platte erstrecken. Die Ferritstücke werden von gegenüberliegenden Seiten der Schaltungsplatte in die Öffnungen gedrückt, wodurch sie bei den Öffnungen einander gegenüberliegend angeordnet sein werden, so dass sich die Endoberflächen der Arme des E gegeneinander befinden.
Herkömmlicherweise wurde das Ferritpaar an der Schaltungsplatte durch Kleben gesichert, indem ein Ferritstück zuerst an die Schaltungsplatte geklebt wird und dann die Ferritstücke zusammengeklebt werden. Jedoch wird Kleben im Allgemeinen als ein Gesundheitsrisiko angenommen, sogar trotz der Tatsache, dass effiziente Absaugventilatoren in dem Arbeitsraum Verwendung finden. Ein weiterer Nachteil von Kleben besteht dahingehend, dass es, sobald die Ferritstücke einmal zusammengeklebt sind, später unmöglich ist, die Ferritstücke ohne Beschädigung der Schaltungsplatte zu entfernen bzw. wegzunehmen.
Ein weiteres bekanntes Verfahren des Sicherns von Ferritstücken ist es, sie miteinander mit Hilfe eines geeigneten mechanischen Verriegelungs- bzw. Arretierkörpers zu verriegeln bzw. zu arretieren. Ein derartiges Arretierverfahren ist in 2 veranschaulicht, welche eine Querschnittsansicht von Ferritstücken ist, die miteinander und an einer Schaltungsplatte gesichert sind. Der die Ferritstücke aneinander anbringende mechanische Arretierkörper CL1 ist durch einen federähnlichen Metallstreifen gebildet, welcher durch die Öffnungen (H1, H3) in der Schaltungsplatte gedrückt ist, so dass er sich um die Ferritstücke herum befindet. Der Metallstreifen funktioniert als eine Feder, welche die Ferritstücke gegeneinander presst (diese Pressfunktion der Feder ist durch Pfeile P in der Figur gezeigt). In 2 ist nur das obere Ferritstück E-profiliert, während das untere Stück F2 platten- bzw. scheiben- bzw. brettförmig ist.
Durch Verwendung nur eines mechanischen Arretierkörpers werden die durch Kleben verursachten Nachteile vermieden. Jedoch weist ein Anbringen unter Verwendung nur eines mechanischen Anbringkörpers den Nachteil dahingehend auf, dass die Ferritstücke bei gewissen Betriebsumgebungen der Ferritstücke gegen die Schaltungsplatte reiben kann. Dies kann das Ergebnis zur Folge haben, dass sich der Schutzüberzug der Schaltungsplatte abzieht und die Ferritstücke das Leitungsmuster an der Schaltungsplatte kontaktiert und beschädigt. Eine derartige Betriebsumgebung, bei der Vibrationen auftreten, kann beispielsweise bei Einrichtungen eines Transports, wie beispielsweise in Zügen und Straßenautos, auftreten.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Absicht der Erfindung, die zuvor erwähnten Nachteile zu beseitigen und eine Anordnung hervorzubringen, mit welcher der zuvor erwähnte Klebeschritt vollständig von dem Schaltungsplatten-Herstellschritt beseitigt werden kann, und mit welcher zusätzlich eine Abnutzung der Schaltungsplatte auch in derartigen Betriebsumgebungen vermieden wird, in denen die Schaltungsplatte durch Vibration beeinflusst wird und folglich vibrieren kann.
Dieses Ziel wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierte Lösung erreicht.
Die Idee der Erfindung besteht darin, derartige federähnliche Auskragungen bei den Enden der Ferritpaarklammer zu bilden, welche derart in Bezug zu Öffnungen in der Schaltungsplatte gebildet sind, dass sie, wenn die Klammer an ihren Platz gebracht wird, gegen die Ränder von Öffnungen in der Schaltungsplatte gedrückt bzw. gepresst werden, wodurch das Ferritpaar in Position in Bezug zu der Schaltungsplatte arretiert wird.
Die federähnliche Klammer gemäss der Erfindung implementiert zwei Funktionen: sie hält die miteinander arretierten Ferritstücke und gleichzeitig hält sie das in Bezug auf die Schaltungsplatte arretierte Ferritpaar, so dass es sich nicht in Bezug auf die Schaltungsplatte bewegen kann, auch wenn die Schaltungsplatte durch Vibration in ihrer Betriebsumgebung beeinflusst wird.
Da ein Kleben nicht länger benötigt wird, können die Ferritstücke ohne Beschädigung der Schaltungsplatte entfernt oder ausgetauscht werden.
Es ist ein weiterer Vorteil der Lösung gemäß der Erfindung, dass sie für einen automatischen Herstellvorgang bzw. -prozess geeignet ist, da die Klammer in Verbindung mit dem automatischen Zusammenbauprozess der anderen Schaltungsplattenkomponenten mechanisch in Position gebracht werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden die Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die in 3 bis 8 der beigefügten Zeichnung ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
1 ein herkömmliches Verfahren des Implementierens eines ebenen Wandlers an einer Vielschicht-Schaltungsplatine bzw. einer vielschichtigen gedruckten Schaltungsplatte;
2 ein bekanntes Verfahren des aneinander Anbringens von Ferritstücken;
3 eine Ferritstückklammer gemäß der Erfindung;
4 eine perspektivische Ansicht einer Schaltungsplatte, wenn sich die Klammer von 3 in ihrer Position um die Ferritstücke herum befindet;
5 eine Querschnittsansicht der Anbringung gemäß 4 entlang einer Linie V-V in 4;
6 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Klammer;
7 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Klammer; und
8 einen automatischen Klammerzusammenbaukopf.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Lösung gemäß der Erfindung wird zuerst unter Bezugnahme auf 3 ... 5 beschrieben, wobei ein erstes Ausführungsbeispiel der Klammer gemäß der Erfindung als ein Beispiel Verwendung findet. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Klammer allein, während 4 eine veranschaulichende perspektivische Ansicht einer Schaltungsplatte ist, wenn sich die Klammer von 3 in ihrer Position um die Ferritstücke herum befindet, und 5 ist eine Querschnittsansicht der Anbringung gemäß 4.
Wie aus 3 ersichtlich, ist die Klammer CL2 gemäss der Erfindung durch einen in Form gebogenen Metallstreifen gebildet und umfasst einen oberen Teil, der über das oberste Ferritstück und davon heruntergebogene Endteile 11 kommt, deren freie Enden 12 nach innen gebogen sind, so dass sie sich unter dem untersten Ferritstück F2 befinden (vgl. 5). Der obere Teil befindet sich bei seinem Mittelteil 10a im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung, ist jedoch von beiden Seiten des Mittelteils schräg nach oben gebogen, wodurch aufgrund der Biegungen ein Federeffekt erzielt wird, welcher die Ferritstücke gegeneinander drücken bzw. pressen wird. Folglich wird mit dem soweit beschriebenen Aufbau ein ähnlicher Presseffekt erzielt wie mit den bekannten Klammern.
Um eine relative Bewegung der Ferritstücke und der Schaltungsplatte zu beseitigen, sind zungenähnliche Auskragungen 14 auch bei den Endteilen gebildet und sie sind in den die Klammer bildenden Metallstreifen integriert. Mit anderen Worten sind die Auskragungen aus dem Material des Metallstreifens gebildet, beispielsweise durch Stanzen von ähnlich zu den Auskragungen geformten Perforationen in den Endteilen. Die auf diese Weise gebildete Zunge ist von dem Niveau der Endteile nach außen gebogen. Die Auskragungen sind bei ihrem niedrigeren Teil und zusätzlich bei einem zweiten Biegepunkt BP gebogen, der sich in der Nähe der Auskragungsspitze 14a befindet, wodurch sich die unteren Teile der Auskragungen folglich bei dem Niveau der Endteile befinden und die Auskragungen sich von dem Niveau der Endteile schräg nach außen erstrecken. Ausgehend von dem besagten zweiten Biegepunkt, sind die Auskragungen bei einem noch schärferen Winkel von dem Niveau der Endteile nach außen gedreht. Die Auskragungen funktionieren als Federn, welche gegen die Ränder von Öffnungen in der Schaltungsplatte gepresst werden, wenn die Klammer in ihrer Position um die Ferritstücke herum platziert wird (vgl. 4 und 5). Auf diese Weise werden die Auskragungen die Ferritstücke in Bezug auf die Schaltungsplatte arretieren, so dass die Ferritstücke nicht in der Lage sind, sich in Bezug auf die Schaltungsplatte zu bewegen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Auskragungen und die Schaltungsplattenöffnungen derart in Bezug zueinander gebildet, dass die Auskragungen bei Biegepunkten BP gegen die oberen Ränder der Öffnungen in der Schaltungsplatte platziert sind (5), wodurch die Spitze 14a der Auskragungen über der Schaltungsplatte bleibt (4), wodurch eine einfache Entfernung der Klammer ermöglicht ist.
Es ist einfach, die Auskragungen in dem Metallstreifen unter Verwendung von Metallblattwerkzeugen herzustellen, die als solche bekannt sind, wie beispielsweise ein Bajonett zum Stanzen eine die Auskragung bildende Zunge in den Streifen. Die fertiggestellte Auskragung wird mit einem Schlag bzw. Stoß des Werkzeugs erlangt. Mit anderen Worten, die Biegungen in der Auskragung müssen nicht separat angefertigt werden.
Bei dem in den 3 ... 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel wird die Bewegung der Ferritstücke durch zungenähnliche Federn 14 verhindert. Diese zungenähnlichen Federn können auch Auskragungen 15 sein, wie die beispielsweise in 6 gezeigten Auskragungen. In diesem Fall sind die Auskragungen durch Anfertigen von Perforationen in dem die Klammer bildenden Metallstreifen gebildet, ausgehend von dem freien Ende 12 der Endteile, und durch Biegen der Zungen in Auskragungen, die im Wesentlichen wie der Buchstabe U geformt sind und eine äußere Seite aufweisen, die gegen den Rand der Schaltungsplattenöffnungen presst, und mit einer freien Spitze 15a, die sich über die Schaltungsplatte erstreckt.
Die mit Auskragungen implementierte Funktion kann auch beispielsweise mit einer Struktur erzielt werden, die ähnlich zu der in 7 gezeigten Struktur ist, welche überhaupt keine separaten Auskragungen aufweist. In diesem Fall sind die Endteile 16 der Klammer abgerundet, so dass ihr durch eine gestrichelte Linie gezeigter äußerer Punkt gegen die Schaltungsplatte gepresst wird. Ein solcher Aufbau ist steifer bzw. unbiegsamer, aus welchem Grund es auch schwieriger ist, die Klammer von der Schaltungsplatte zu entfernen.
Die Klammer gemäß der Erfindung kann beispielsweise aus einem Edelstahlblatt angefertigt sein, welches eine Dicke in einem Bereich von 0,1 ... 0,5 mm und eine Federhärte R_m vorzugsweise in einem Bereich von R_m = 1250 ... 1500 N/mm² aufweist.
Wie bereits zuvor erwähnt, ist es auch ein Vorteil der Klammer gemäß der Erfindung, dass sie in Verbindung mit dem automatischen Herstellprozess der Schaltungsplatte um die Ferritstücke herum angebracht werden kann. 8 zeigt einen möglichen automatischen Zusammenbaukopf zum Anbringen der Klammer in ihrer Position. Die Klammer (CL2) hängt beispielsweise gehalten durch einen Magneten M an dem Zusammenbaukopf MH und der Magnet ist an dem Zusammenbaukopf unter Verwendung einer Feder S1 montiert. Der Zusammenbaukopf drückt bzw. schiebt die Klammer nach unten. Trifft der Magnet auf das Ferritstück, ist es dem Magnet aufgrund der Feder nicht möglich, in den Zusammenbaukopf zu gehen, wodurch er die Ferritstücke nicht laden wird, wenn der Zusammenbaukopf die Klammer in Stellung bzw. an ihren Platz presst.
Auch wenn die Erfindung zuvor unter Bezugnahme auf die in der beigefügten Zeichnung gezeigten Beispielen beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern auf viele Weisen bzw. Arten innerhalb des Wissens von Fachmännern geändert werden kann. Folglich kann beispielsweise die Form von federähnlichen Auskragungen auf viele verschiedene Weisen variieren, und es kann mehr als eine Auskragung bei dem Klammerende vorhanden sein. Das Prinzip gemäß der Erfindung kann auch auf beliebige andere Stücke angewendet werden, welche auf die selbe Weise wie Ferritstücke an der Schaltungsplatte montiert werden bzw. sind.

Claims

Anordnung zur Ausführung einer Magnetschaltung an einer Schaltungsplatte, mit – einer gedruckten Schaltungsplatte (PCB), wobei ein leitfähiges Muster einer induktiven Schaltung sowie Öffnungen (H1–H3) durch die Schaltungsplatte in der Nähe des leitfähigen Musters gebildet sind, – zwei Ferritstücken (F1, F2), wobei zumindest eines davon in die Öffnungen eingepasst werden kann, so dass die Stücke von entgegengesetzten Seiten der Schaltungsplatte gegeneinander gepresst werden können, und – einer mechanischen Klammer (CL2, CL3, CL4), welche um die Ferritstücke herum angepasst werden kann, um diese miteinander zu arretieren, wodurch sich die Klammer um die beiden Ferritstücke herum erstreckt, die sich an beiden Seiten der Schaltungsplatte befinden, dadurch gekennzeichnet, dass federähnliche Auskragungen (14–16) an der Klammer gebildet sind und sie in Bezug auf die Öffnungen (H1–H3) in der Schaltungsplatte eingepasst sind, so dass sie gegen die inneren Ränder der Öffnungen drücken, wenn sich die Klammer in ihrer Position um die Ferritstücke herum befindet.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die federähnlichen Auskragungen durch Zungen (14, 15) gebildet sind, welche von der Klammeroberfläche nach außen gebogen sind.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (14a, 15a) der Zungen über der oberen Oberfläche der Schaltungsplatte angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zungen zumindest an ihrem unteren Teil gebogen sind, wodurch die Auskragung der Zunge von der Klammeroberfläche in Richtung auf das freie Ende der Zunge anwächst.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der Zunge eine zusätzliche Biegung (BP) aufweist, so dass die Zunge bei der Biegung gegen die oberen Ränder der Öffnungen positioniert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die federähnlichen Auskragungen (16) durch Endteile der Klammer gebildet sind, welche auf eine derartige Weise abgerundet sind, dass ihr äußerer Teil gegen die Ränder der Öffnungen in der Schaltungsplatte gepresst ist.