EP2272072B1 - Spule und verfahren zur herstellung einer spule - Google Patents

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EP2272072B1
EP2272072B1 EP09728741.1A EP09728741A EP2272072B1 EP 2272072 B1 EP2272072 B1 EP 2272072B1 EP 09728741 A EP09728741 A EP 09728741A EP 2272072 B1 EP2272072 B1 EP 2272072B1
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EP
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coil
electrical conductors
winding
another
electrical
Prior art date
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Bernhard Roellgen
Herbert-Maurizio Cardarelli
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TDK Electronics AG
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Epcos AG
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    • H01F17/045—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core with core of cylindric geometry and coil wound along its longitudinal axis, i.e. rod or drum core
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49071—Electromagnet, transformer or inductor by winding or coiling

Definitions

  • the invention relates to a coil and to methods for producing coils.
  • the US 2004/0136559 A1 shows a coil with a wound around a roll cable in which a plurality of electrical lines are parallel.
  • the US 3,125,133 A relates to a method for producing a so-called disc coil of a plurality of juxtaposed lines.
  • the DE 977571 C shows coils with multiple symmetrical windings comprising two lines.
  • the JP 2003-086427 A shows a coil with two side by side helically extending lines. Coils with multiple helically parallel lines running parallel in the JP 2005-327834 A . JP 04-359502 A and the JP 2005-209916 A as well as in the post-published WO 2010/089413 A1 shown.
  • the object is achieved by a coil according to claim 1. Furthermore, the object is achieved by a method according to claim 9 and a method according to claim
  • a coil comprising at least four electrical lines.
  • the electrical cables are wound around a common winding center. Over the entire length of the coil, each of the at least four electrical lines has a constant distance to the winding center of the coil. Under the winding center is the respective geometric center of the windings to understand. Viewed over the entire length of the coil, the winding center corresponds, for example, the longitudinal axis of the coil: The individual windings of each individual electrical line are arranged side by side over the entire length of the coil. The windings of the next closest adjacent electrical line are arranged directly over the windings of the electrical lines arranged further inside. The distance of the first electrical line is constant over the entire length of the coil. The distances between the further electrical lines have, corresponding to their position, a greater distance from the winding center, wherein the distance of each individual electrical line preferably remains constant over the entire length of the coil.
  • the electrical lines are partially mechanically fixed together.
  • the electrical cables are mechanically interconnected at regular or irregular intervals. Through the interconnected electrical wires, which are wound around a common winding center are, the coil reaches a self-supporting stability of their shape.
  • the electrical lines in the coil windings of the coil are insulated from each other.
  • the mutual insulation of the lines reduces eddy current losses to a minimum.
  • the at least four electrical lines are electrically conductively connected to each other, so that the lines are preferably connected in parallel.
  • the electrical lines are preferably connected to each other at least at the ends of the coil by means of solder bridges. The equalizing currents flowing through the individual electrical leads are thus minimized within the winding.
  • the coil is particularly suitable for high frequency applications.
  • the coil is used for example at high currents.
  • the current of the coil is divided by flows on the at least four parallel electrical lines. Due to the almost ideal nature of the windings, the coil can be used in almost every area in which such coils are needed.
  • the electrical leads comprise twisted individual wires. These are preferably twisted strands with thin individual wires.
  • Each current-carrying electrical conductor has a certain inductance due to the surrounding, caused by the current magnetic field. To increase the inductance of the electrical conductor be provided with a certain number of turns.
  • the coil is preferably constructed such that the coil has a self-supporting shape by mechanically interconnected electrical wires wound around a winding center.
  • the self-supporting shape of the coil is preferably achieved by the mutually mechanically connected electrical lines.
  • the coil therefore preferably does not require a bobbin that maintains the stability of the coil.
  • the electrical lines have mechanical connections with each other at regular intervals.
  • these can be enveloped, for example, with a thermoplastic which softens during heating, for example by means of infrared light or a hot air flow, and subsequently demolded and connects the lines together.
  • Wires that are wrapped with a thermoplastic material are also referred to as baked enamel wires.
  • the electrical leads can be connected to one another, for example, by applying UV-curing adhesives.
  • the application of the UV-curing adhesive can be done, for example, while the individual lines are on a guide roller.
  • the application of a UV-curing adhesive may occur shortly after peeling off the guide roll.
  • the curing of the adhesive takes place for example by means of UV light, which is generated for example by means of a UV LED array.
  • a flashlamp can be used wherein curing by the UV light occurs within 200 ms.
  • the mechanical connection of the lines can be carried out, for example, by gluing by means of an underlying piece of adhesive film.
  • the bonding by means of adhesive film can for example be done shortly before a first pressure roller with the upward adhesive layer in the guide roller.
  • the lines can be connected by weaving, for example, with a plastic yarn.
  • a plastic yarn for example, polyester is suitable as a base material.
  • the plastic yarn may, for example, be provided with a baked enamel layer or a pressure-sensitive adhesive.
  • the plastic yarn is injected, for example, by means of an air flow between the individual lines.
  • the electrical lines connect to the plastic yarn, for example, additionally by means of pressure. Alternatively, the electrical wires can connect to the yarn by heating.
  • the coil may have a round, elliptical or rectangular shape as the coil cross section.
  • a circular shape is the best possible shape.
  • the inner electrical leads of the coil have a length that is shorter than the length of the next outwardly adjacent electrical lead.
  • the parallel lines are preferably connected together so that the length of the outermost line is longer than the length of the inwardly adjacent line, wherein the length of the electrical lines thus decreases inwardly.
  • the electrical lines Due to the different lengths of the electrical lines which are mechanically connected to one another, the electrical lines thus have a curved shape after connection.
  • the interconnected lines run in the form of a helical band, which corresponds approximately to the shape of an Archimedean screw.
  • the respective ends of the electrical leads have electrical contacts.
  • the beginning and the end of each line is preferably designed as a pin. At low mechanical loads, these pins are sufficient to allow mounting of the device.
  • the ends may be formed, for example, as SMD solder pads to the ferrite core.
  • the ends of the electrical lines are each connected to separate contact pins. Due to the additional contact pins or solder pins higher mechanical loads can act on the contacts without the ends change their original position and shape.
  • the inner diameter of a coil as described above can be reduced to a minimum by the type of winding described above and the self-supporting property.
  • the coil can already be used as an air coil, which is achieved by a winding described above, as a component.
  • the coil in this case has no additional bobbin, which would contribute to increase the stability.
  • the theoretically available changing room is completely available.
  • a larger usable changing room is available.
  • lamp inductors requires relatively large numbers of turns, which are installed in flat ferrite cores, so that a desired switching frequency of 45 kHz, for example, can be achieved.
  • the height of the inductors is limited by the relatively low height of the standard housing used.
  • a plurality of coils with different diameters as described above can be inserted into one another or placed one above the other.
  • the coils are galvanically separated from each other and thus have windings which are magnetically coupled.
  • tubular plastic spacers inserted between the individual coils.
  • the bobbin may function as a transformer by weaving yarns of polyester or nylon suitably incorporated into the conduits.
  • the coil has an inner layer of windings of one or more electrical conductors which have been followed by one or more layers of windings of insulating material. Then follows again one or more layers of windings of an electrical conductor.
  • ferrite cores are often used.
  • the ferrite core is in this case preferably arranged such that the windings of the coil are guided around the ferrite core.
  • Ferrite cores can be designed as ring cores, rod cores or in any other form.
  • An air gap in the otherwise closed course of a ferrite core reduces the magnetic flux density of the core considerably and thus causes z.
  • B. a linearization of the magnetization characteristic, according to the relationship between magnetic field strength and magnetic flux density of the component. The magnetic saturation of the core material thus occurs only at much higher field strengths. In the air gap of storage chokes, a substantial portion of the magnetic energy is stored.
  • ferrite cores having three legs such as E cores, which preferably have a large air gap in the area between the two center limbs
  • bobbins are often used with a pillow-shaped portion of the coil.
  • a cushion is understood to mean a region of the coil in which there are no windings or few windings in the area of the air gap between two ferrite cores. Such a cushion can be achieved with the coil described above, for example, by pulling apart the windings in the region of the air gap.
  • a circular segment-shaped plastic part can be arranged, for example, in this area.
  • the plastic part may be inserted, for example, in the region of the air gap.
  • the preferably pressed coil can be provided, for example, with an additional potting compound.
  • the potting compound serves as an insulating protective layer. Furthermore, the coil through the layer of potting compound on a further stabilization.
  • At least four electrical lines are pressed by means of at least a first and a second conical pressure roller on a preferably conical guide roller.
  • the guide roller has guides, which are preferably arranged concentrically around the axis of rotation of the guide roller.
  • the guide roller has the shape of a truncated cone.
  • the guides may be arranged as groove-shaped, concentric depressions on the guide roller.
  • Each of the at least four electrical lines is guided in a separate guide of the guide roller.
  • the electrical leads are preferably mechanically connected to each other during rotation of the guide roller. After the circulation of the guide roller, the electrical lines in the form of a helical band.
  • the pressure rollers are preferably mounted with respect to shape and size accurately to the guide roller.
  • the first pressure roller leads the electrical lines with the speed corresponding to the respective radius of the guide roller to the guide roller.
  • the second Andrucksrolle is also precisely matched to the leadership role.
  • the lines are mechanically interconnected.
  • the connection of the individual lines can take place, for example, according to the alternatives described above for the component
  • the preferably pressed coil can be immersed in a trough with potting compound after winding. This creates a protective layer, through which the winding is further fixed. The winding thus also receives an insulating protective layer.
  • Another method for producing a coil is a method in which at least four electrical lines are wound around a rotating axis of a winding tool by means of a wire guide.
  • each of the at least four electrical lines has a separate wire guide.
  • the individual wire guides are arranged side by side in a single component.
  • the electrical lines are wound around the axis of rotation in a winding plane, which is arranged perpendicular to the axis of rotation of the winding tool. With increasing number of turns, the wire guide is guided parallel to the axis of rotation, so that a winding is formed.
  • the electrical leads are preferably mechanically interconnected during winding.
  • the first ends of the electrical lines are inserted in a guide of a first winding tool.
  • the guide can be formed for example by a slot or a recess in the winding tool.
  • the electrical lines are fixed in the recess.
  • the inner diameter of the coil to be wound is determined by the outer diameter of the rotating axis around which the wires are wound.
  • the wire guide moves at the speed in the winding direction, with which the already wound up winding grows.
  • a shield arranged on the wire guide which is arranged concentrically around the axis of rotation, can serve, for example, to exert pressure on the already finished area of the coil, so that the position of this area can no longer change.
  • the wire ends can, for example, be manually introduced into further slot-shaped depressions of a second winding tool.
  • the second winding tool is connected to the first winding tool via, for example, a coupling with each other and rotates in the same speed and with the same direction of rotation, as the first winding tool.
  • the winding is heated during winding with an infrared radiator or a hot air stream above the softening temperature of the thermoplastic layer.
  • the coil can be taken after cooling below the softening temperature of the thermoplastic resin layer from the form-giving winding tool. The previously inserted into the wells of the winding tools ends are taken out of this case.
  • the coil can be fixed, for example, by means of a fast-curing adhesive which is introduced during winding.
  • cables of any type can be used.
  • the adhesive can, for example, enforce the entire winding.
  • only the end or the beginning of the roll may be interspersed with an adhesive layer.
  • winding tools which consist of Teflon, for example, acrylate adhesives or epoxy resins can be used without causing problems during demoulding.
  • the preferably pressed coil can be immersed in a trough with potting compound after winding. This creates a protective layer, through which the winding is further fixed. The winding thus also receives an insulating protective layer.
  • the coil described above is preferably used as a high-frequency choke in the range of 30 kHz to well over 5 MHz.
  • twisted strands achieves a reduction in the proximity effect.
  • strands of 30 to 50 twists / meter are used. Preference is given to using strands having a number of preferably up to 200 twists per meter.
  • the coil has a high DC resistance at low frequencies compared to a flat coil. At high frequencies, however, the RF resistance does not increase as much as that of flat coils or conventional windings (layer windings).
  • a layered wrap with For example, 27 turns has, for example, a RM6 core of N49 material, 0.48 ohms air gap, 350 ohms frequency, 0.78 ohms resistance, and 750 kHz, 2.86 ohms resistance ,
  • a winding as described above has a resistance of 1 ohm at the same number of turns and the same core at 350 kHz, but at 750 kHz only a resistance of 2 ohms.
  • the coil Due to the higher Q-factor, the coil has a narrower and higher resonance curve at high frequencies (eg 500 kHz) when excited at the 3rd, 5th and 7th harmonic.
  • high frequencies eg 500 kHz
  • the FIG. 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of a coil 1.
  • the distance d of the electrical line 2 to the longitudinal axis of the coil 1 is equal over the entire length of the coil 1.
  • the distances between the further electrical leads 2 'to the longitudinal axis of the coil 1 are also approximately constant over the entire length of the coil 1.
  • the coil 1 has an inner diameter D1, which is approximately equal over the entire length of the coil 1.
  • the electrical lines 2, 2 'of a winding plane are preferably arranged uniformly one above the other. By co-winding the electrical lines 2, 2 'is achieved that the electrical lines 2, 2' come to lie directly above each other.
  • the electrical lines 2, 2 'are electrically connected together.
  • the coil 1 preferably has at the beginning and at the end of an electrical contact 4, via which the coil 1 can be electrically connected.
  • the coil 1 Due to the windings of the electrical lines 2, 2 ', the coil 1 has a sufficiently high stability, so that the coil 1 does not require an additional bobbin.
  • a ferrite core 5 may be inserted.
  • the coil 1 may also be pushed, for example, onto the arms of a ferrite core having an E-shape.
  • the coil 1 is pulled apart, so that a kind of cushion is created in the area of the air gap of the E-cores. In the area of the pillow are ideally no, or as few turns.
  • FIG. 1 Part of the turns is marked as area A.
  • the area is in the FIG. 2 shown enlarged.
  • FIG. 2 is a cutout of the coil FIG. 1 shown.
  • the electrical leads 2, 2 ' may also consist of individual wires, rectangular flat wires or other wire forms.
  • a second 2 'and further electrical lines are arranged, which are wound together with the first electrical line 2 to a common winding center.
  • FIG. 3 schematically shows a first possible arrangement for producing a coil 1, which in FIGS. 1 and 2 is shown.
  • the first pinch roller 10 presses the electrical leads 2, 2 'on guides 13 of a guide roller 12.
  • the first pinch roller 10 is adapted in shape to the guide roller 12 and rotates at the same speed as the guide roller.
  • the guide roller 12 has a conical shape in the illustrated arrangement.
  • a second pressure roller 11 is arranged at an angle of approximately 90 ° to the first pressure roller 10.
  • the second pinch roller 11 is like the first pinch roller 10 adapted to the shape and size of the guide roller 12 and rotated at the same speed.
  • the electrical lines 2, 2 ' are mechanically connected to each other by means of an infrared line emitter 15.
  • the electrical lines 2, 2 ' for example, a thermoplastic plastic sheath (baked enamel wires), which stick together when heated.
  • the first pressure roller 10 can additionally be heated so that the thermoplastic plastic coating (baked enamel layer) in the region of the first pressure roller 10 is heated to slightly below the softening temperature of the plastic casing.
  • the individual electrical lines 2, 2 ' are mechanically interconnected.
  • the guide roller 12 and / or the second pressure roller 11 is cooled.
  • the electrical leads 2, 2 ' can also be interconnected by means of a UV-curing adhesive.
  • the adhesive can be applied, for example, as long as the electrical leads 2, 2 'are located in the guides of the guide roller 12.
  • the adhesive can also be applied to the electrical leads 2, 2 'shortly after leaving the guide roller 12.
  • the curing of the adhesive takes place by means of UV light from a UV LED array or a flashlamp, preferably within 200 ms.
  • the adhesive strips are placed only shortly before the first pressure roller on the guide roller 12 with the upward adhesive layer.
  • the mechanically interconnected electrical lines 2, 2 ' have a helical shape.
  • the helical shape is due to the fact that the length of the outermost electrical line 2 is longer than the length of the adjacent electrical line 2 '.
  • the next inwardly adjacent electrical line 2, 2 ' is always shorter in each case.
  • a helical endless belt is formed - similar to an Archimedean screw.
  • the endless band can, as in FIG. 3 darg Pope, for example, collected in a co-rotating catch cup 14.
  • the windings By gravity, the windings automatically overlap, which compresses the resulting winding.
  • the endless belt can be severed. Further compression of the loose roll in the collecting cup 14 can be done for example by simple pressing. Alternatively, the winding can also be further compressed by means of a shrink tube.
  • FIG. 4 schematically shows a further arrangement for producing a coil 1 dargterrorism.
  • the two halves of the winding tool 102, 103 are set at the same speed and direction in rotation.
  • the two halves of the winding tool 102, 103 are connected to each other by means of a coupling 107.
  • the forming winding tool 102, 103 is in two parts, so that the finished winding after winding can be easily removed from the winding tool 102, 103.
  • the rotating axis 101 preferably has the outer diameter D2, which corresponds to the inner diameter D1 of the coil 1 to be wound.
  • a wire guide 100 is arranged in the region of the rotating axis 101. By means of the wire guide 100, the electrical leads 2, 2 'are wound in the winding planes one above the other about the rotating axis 101.
  • the electrical line 2 ' which has the smallest distance d to the winding center, which is here formed by the rotating axis 101, guided at a lower speed about the rotating axis 101 as further outwardly disposed electrical lines 2.
  • the length of the farther inside arranged electrical lines 2 ' is thus shorter / than that of the more externally arranged electrical lines 2.
  • a shield 104 is parallel to the wire guide.
  • the shield 104 and the wire guide 100 are arranged on a slidable in the x-direction slide, which is not shown here for reasons of clarity. The carriage shifts the wire guide 100 and the shield 104 with increasing winding along the rotating axis 101.
  • the shield 104 additionally causes, because of strong pressure on already finished wound areas of the coil 1, these areas can no longer change their position. As soon as the wire guide 100 has almost reached the inner boundary of the right-hand winding tool 103, the ends of the electrical leads 2, 2 'are inserted into the slot-shaped recesses 105 of the right-hand winding tool 103 manually or by means of a tool. In this case, the wire guide 100 is no longer moved, so that further pressure can be exerted on the already wound areas of the coil 1 by the shield 104.
  • the windings can, for example, in the use of electrical lines 2, 2 'with a thermoplastic plastic casing, already during the winding by means of an infrared radiator or a hot air stream, the plastic casing are heated above the softening temperature of the plastic layer. After the coil has cooled below the softening temperature of the plastic covering, the finished wound coil 1 can be removed from the winding tool 102, 103.
  • the ends of the electrical lines 2, 2 ' are previously at least partially taken from the slot-shaped recesses 105 of the two halves of the winding tool, so that the ends can not tilt.
  • any electrical lines 2, 2 ' can be used.
  • the adhesive can pass through the entire winding, or alternatively only partial area such as the beginning or end of the roll.
  • the parts of the assembly which come in contact with the adhesive may be made of Teflon. This makes it possible to use epoxy or acrylic resins to stabilize the coil 1, without causing problems during demoulding.
  • the invention is not limited to the number of elements shown.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Spule sowie Verfahren zur Herstellung von Spulen.
  • Aus der Druckschrift DE 44 32 739 B4 ist ein induktives elektrisches Bauteil bekannt.
  • Die US 2004/0136559 A1 zeigt eine Spule mit einem um eine Rolle gewickeltem Kabel, in dem mehrere elektrische Leitungen parallel verlaufen.
  • Die US 3,125,133 A betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer sogenannten Scheibenspule aus mehreren nebeneinander laufenden Leitungen.
  • Die DE 977571 C zeigt Spulen mit mehreren symmetrischen Wicklungen, die zwei Leitungen umfassen.
  • Die JP 2003-086427 A zeigt eine Spule mit zwei nebeneinander helixförmig verlaufenden Leitungen. Spulen mit mehreren helixförmig parallel nebeneinander verlaufen Leitungen werden in der JP 2005-327834 A , JP 04-359502 A und der JP 2005-209916 A ebenso wie in der nachveröffentlichten WO 2010/089413 A1 gezeigt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spule anzugeben, die eine Wicklung aufweist, die möglichst nahe an die theoretisch ideale Wicklung heranreicht und eine selbsttragende Stabilität aufweist.
  • Die Aufgabe wird durch eine Spule nach Patentanspruch 1 gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 9 sowie ein Verfahren nach Patentanspruch
  • 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Hochleistungsspule beziehungsweise der Verfahren zur Herstellung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Es wird eine Spule angegeben, die wenigstens vier elektrische Leitungen umfasst. Die elektrischen Leitungen sind um ein gemeinsames Wickelzentrum gewickelt. Über die gesamte Länge der Spule weist jede der wenigstens vier elektrischen Leitungen einen konstanten Abstand zu dem Wickelzentrum der Spule auf. Unter dem Wickelzentrum ist der jeweilige geometrische Mittelpunkt der Wicklungen zu verstehen. Über die gesamte Länge der Spule betrachtet, entspricht das Wickelzentrum beispielsweise der Längsachse der Spule: Die einzelnen Wicklungen einer jeden einzelnen elektrischen Leitung sind über die gesamte Länge der Spule nebeneinander angeordnet. Die Wicklungen der nach außen hin nächsten benachbarten elektrischen Leitung sind direkt über den Wicklungen der weiter innen angeordneten elektrischen Leitungen angeordnet. Der Abstand der ersten elektrischen Leitung ist über die gesamte Länge der Spule konstant. Die Abstände der weiteren elektrischen Leitungen weisen entsprechen ihrer Lage einen größeren Abstand zum Wickelzentrum auf, wobei der Abstand jeder einzelnen elektrischen Leitung über die gesamte Länge der Spule vorzugsweise konstant bleibt.
  • Die elektrischen Leitungen sind teilweise mechanisch fest miteinander verbunden.
  • Die elektrischen Leitungen werden in regelmäßigen oder auch in unregelmäßigen Abständen mechanisch untereinander verbunden. Durch die untereinander verbundenen elektrischen Leitungen, die um ein gemeinsames Wickelzentrum gewickelt sind, erreicht die Spule eine selbsttragende Stabilität ihrer Form.
  • Vorzugsweise sind die elektrischen Leitungen im Bereich der Wicklungen der Spule gegeneinander isoliert. Durch die gegenseitige Isolation der Leitungen werden Wirbelstromverluste auf ein Minimum reduziert.
  • Vorzugsweise am jeweiligen Ende der Spule sind die wenigstens vier elektrischen Leitungen miteinander elektrisch leitend verbunden, so dass die Leitungen vorzugsweise parallel geschaltet sind. Zur Parallelschaltung der elektrischen Leitungen werden die elektrischen Leitungen vorzugsweise wenigstens an den Enden der Spule mittels Lötbrücken miteinander verbunden. Die durch die einzelnen elektrischen Leitungen fließenden Ausgleichsströme werden somit innerhalb der Wicklung minimiert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spule besonders für Hochfrequenzanwendungen geeignet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Spule beispielsweise bei hohen Strömen eingesetzt wird. Hierbei wird der Strom der die Spule durch fließt auf die wenigstens vier parallel verlaufenden elektrischen Leitungen aufgeteilt. Durch die nahezu ideale Art der Wicklungen kann die Spule in nahezu jedem Bereich eingesetzt werden, in dem derartige Spulen benötigt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die elektrischen Leitungen miteinander verdrillte Einzeldrähte. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um verdrillte Litzen mit dünnen Einzeldrähten. Jeder stromdurchflossene elektrische Leiter weist eine bestimmte Induktivität aufgrund des ihn umgebenden, durch den Strom hervorgerufenen Magnetfeldes auf. Zur Steigerung der Induktivität kann der elektrische Leiter mit einer bestimmten Anzahl Windungen versehen werden. Durch die magnetische Verkettung (Flussverkettung) der einzelnen Windungen untereinander, bedingt durch die räumlich nahe Anordnung der einzelnen Windungen, steigt die Induktivität von gewickelten Spulen im Quadrat mit der Windungsanzahl. Durch die Verdrillung der Einzeldrähte in einer elektrischen Leitung wird zumindest teilweise eine Überlagerung gegensinniger Magnetfelder erreicht, wobei die Magnetfelder damit teilweise ausgelöscht werden.
  • Die Spule ist vorzugsweise derart aufgebaut, dass die Spule, durch miteinander mechanisch verbundene elektrische Leitungen, die um ein Wickelzentrum gewickelt sind, eine selbsttragende Form aufweist. Die selbsttragende Form der Spule wird vorzugsweise durch die untereinander mechanisch verbundenen elektrischen Leitungen erreicht. Die Spule benötigt daher vorzugsweise keinen Spulenkörper, der die Stabilität der Spule aufrechterhält.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die elektrischen Leitungen in regelmäßigen Abständen mechanische Verbindungen untereinander auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform reicht es aus, wenn die einzelnen Leitungen nur punktuell miteinander verbunden sind. Eine vollständige mechanische Verbindung der elektrischen Leitungen über die gesamte Länge der Spule ist hierbei nicht notwendig.
  • Zur mechanischen Verbindung der Leitungen können diese beispielsweise mit einem thermoplastischen Kunststoff umhüllt sein, der beim Aufheizen zum Beispiel mittels Infrarotlicht oder eines heißen Luftstroms weich wird und anschließend entformt und die Leitungen miteinander verbindet. Drähte, die mit einem thermoplastischen Kunststoff umhüllt sind, werden auch als Backlackdrähte bezeichnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die elektrischen Leitungen beispielsweise durch Auftragen UV-härtender Klebstoffe miteinander verbunden werden. Das Auftragen des UV-härtenden Klebstoffs kann beispielsweise erfolgen, während sich die einzelnen Leitungen auf einer Führungsrolle befinden. Alternativ kann das Auftragen eines UV-härtenden Klebstoffs kurz nach dem Ablösen von der Führungsrolle erfolgen. Die Aushärtung des Klebstoffs erfolgt dabei beispielsweise mittels UV-Licht, das beispielsweise mittels eines UV-LED-Arrays erzeugt wird. Alternativ kann eine Blitzlampe eingesetzt werden, wobei die Aushärtung durch das UV-Licht innerhalb von 200 ms, erfolgt.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die mechanische Verbindung der Leitungen beispielsweise durch Verkleben mittels eines untergelegten Klebefolienstück ausgeführt sein. Die Verklebung mittels Klebefolie kann beispielsweise kurz vor einer ersten Andruckrolle mit der nach oben gerichteten Klebstoffschicht im Bereich der Führungsrolle erfolgt sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die Leitungen beispielsweise durch Verweben mit einem Kunststoffgarn verbunden werden. Für das Kunststoffgarn eignet sich beispielsweise Polyester als Basismaterial. In einer weiteren Ausführungsform kann das Kunststoffgarn beispielsweise mit einer Backlackschicht oder einem druckempfindlichen Kleber versehenen sein. Das Kunststoffgarn ist beispielsweise mittels eines Luftstroms zwischen die einzelnen Leitungen eingeschossen. Die elektrischen Leitungen verbinden sich mit dem Kunststoffgarn beispielsweise zusätzlich mittels Druck. Alternativ können sich die elektrischen Leitungen durch Erhitzen mit dem Garn verbinden.
  • Die oben genannten Möglichkeiten zur Verbindung der Leitungen können in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Spule als Spulenquerschnitt eine runde, elliptische oder rechteckige Form aufweisen. Um den kleinstmöglichen elektrischen Widerstand zu erreichen, ist jedoch eine kreisrunde Form die bestmögliche Form.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die inneren elektrischen Leitungen der Spule eine Länge auf, die kürzer ist als die Länge der nächsten nach außen hin benachbarten elektrischen Leitung. Die parallel geführten Leitungen sind vorzugsweise derart miteinander verbunden, dass die Länge der äußersten Leitung länger ist als die Länge der nach innen hin benachbarten Leitung, wobei die Länge der elektrischen Leitungen somit nach innen hin abnimmt.
  • Durch die unterschiedlichen Längen der elektrischen Leitungen, die untereinander mechanisch verbunden sind, weisen die elektrischen Leitungen nach dem Verbinden somit eine gebogene Form auf. Die derart miteinander verbundenen Leitungen verlaufen in Form eines schneckenförmiges Band, das in etwa der Form einer archimedischen Schraube entspricht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die jeweiligen Enden der elektrischen Leitungen elektrische Kontakte auf. Der Anfang und das Ende jeder Leitung ist vorzugsweise als Anschlussstift ausgebildet. Bei geringen mechanischen Belastungen reichen diese Anschlussstifte aus, um eine Montage des Bauelements zu ermöglichen. Bei einer Anordnung der Spule mit einem Ferritkern können die Enden beispielsweise als SMD-Lötflächen an den Ferritkern geformt sein.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Enden der elektrischen Leitungen jeweils mit separaten Kontaktstiften verbunden. Durch die zusätzlichen Kontaktstifte beziehungsweise Lötstifte können höhere mechanische Belastungen auf die Kontakte einwirken, ohne dass die Enden ihre ursprüngliche Position und Form ändern.
  • Der Innendurchmesser einer wie zuvor beschriebenen Spule kann durch die zuvor beschriebene Art der Wicklung und die selbsttragende Eigenschaft auf ein Minimum reduziert werden.
  • Die Spule kann bereits als Luftspule, die durch eine zuvor beschrieben Wicklung erreicht wird, als Bauelement eingesetzt werden. Die Spule weist hierbei keinen zusätzlichen Spulenkörper auf, der zur Erhöhung der Stabilität beitragen würde. Somit steht der theoretisch verfügbare Wickelraum vollständig zur Verfügung. Somit steht ein größerer nutzbarer Wickelraum zur Verfügung.
  • Da kein zusätzlicher Spulenkörper zur Stabilisierung der Spule notwendig ist, sind extrem dünne Windungen erreichbar. Im Unterschied zu herkömmlichen Flachwicklungen kann eine große Anzahl an elektrischen Leitungen in einer Wicklung untergebracht werden.
  • Dies ist beispielsweise besonders für den Aufbau von Lampendrosseln vorteilhaft. Der Aufbau von Lampendrosseln erfordert relativ große Windungszahlen, die in flache Ferritkerne eingebaut werden, damit eine gewünschte Schaltfrequenz von beispielsweise 45 kHz erreicht werden kann. Die Bauhöhe der Drosselspulen wird jedoch durch die relativ niedrige Höhe der verwendeten Standardgehäuse eingeschränkt.
  • In einer weiteren Ausführungsform können beispielsweise mehrere wie oben beschriebene Spulen mit unterschiedlichen Durchmessern ineinander gesteckt werden beziehungsweise übereinander gelegt werden. Die Spulen sind dabei galvanisch voneinander getrennt und weisen somit Wicklungen auf, die magnetisch gekoppelt sind. Somit ist es möglich, durch Verwendung von zwei Spulen ein Bauelement zu bilden, das die Funktion eines Transformators aufweist. Zur sicheren Trennung zwischen den einzelnen Spulen können beispielsweise röhrenförmige Abstandshalter aus Kunststoff zwischen die einzelnen Spulen eingeführt sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Spule beispielsweise durch das Einweben von Garnen aus Polyester oder Nylon, die in geeigneter Weise in die Leitungen mit eingebracht sind, die Funktion eines Transformators aufweisen. In dieser Ausführungsform weist die Spule beispielsweise eine innere Lage von Wicklungen eines oder mehrerer elektrischer Leiter auf, die von einer oder mehreren Lagen von Wicklungen eines isolierenden Materials gefolgt sind. Anschließend folgt wieder eine oder mehrere Lagen von Wicklungen eines elektrischen Leiters.
  • Zur Erhöhung der Induktivität von Spulen werden häufig so genannte Ferritkerne eingesetzt. Der Ferritkern wird hierbei vorzugsweise derart angeordnet, dass die Wicklungen der Spule um den Ferritkern herumgeführt sind. Ferritkerne können als Ringkerne, Stabkerne oder in beliebig anderer Form ausgeführt sein. Ein Luftspalt (engl. air gap) im ansonsten geschlossenen Verlauf eines Ferritkernes verringert die magnetische Flussdichte des Kerns erheblich und bewirkt dadurch z. B. eine Linearisierung der Magnetisierungskennlinie, gemäß dem Zusammenhang zwischen magnetischer Feldstärke und magnetischer Flussdichte, des Bauteils. Die magnetische Sättigung des Kernwerkstoffes tritt dadurch erst bei wesentlich höheren Feldstärken ein. Im Luftspalt von Speicherdrosseln ist ein wesentlicher Teil der magnetischen Energie gespeichert.
  • Bei der Verwendung von Ferritkernen mit drei Schenkeln, wie beispielsweise E-Kernen, die vorzugsweise im Bereich zwischen den beiden Mittelschenkeln einen großen Luftspalt aufweisen, ist es für den Aufbau besonders verlustarmer Transformatoren oder Speicherdrosseln erforderlich, dass die Wicklungen einen bestimmten Mindestabstand zum Luftspalt einhalten. Zu diesem Zweck werden häufig Spulenkörper mit einem kissenförmigen Bereich der Spule verwendet. Unter einem Kissen ist ein Bereich der Spule zu verstehen, bei dem sich im Bereich des Luftspalts zwischen zwei Ferritkernen keine oder wenige Wicklungen befinden. Ein derartiges Kissen kann mit der zuvor beschriebenen Spule erreicht werden, indem man beispielsweise die Wicklungen im Bereich des Luftspaltes auseinander zieht. Durch das gezielte Strecken der Spule erreicht man, dass sich im Bereich des Luftspaltes nur wenige Wicklungen der Spule befinden. Um die Spule dabei im Bereich des Kissens zu stabilisieren, kann beispielsweise in diesem Bereich ein kreissegmentförmiges Kunststoffteil angeordnet sein. Das Kunststoffteil kann beispielsweise in den Bereich des Luftspaltes eingeschoben sein.
  • Zur Fixierung der Spule kann die vorzugsweise gepresste Spule beispielsweise mit einer zusätzlichen Vergussmasse versehen sein. Die Vergussmasse dient zum einen als isolierende Schutzschicht. Des Weiteren weist die Spule durch die Schicht aus Vergussmasse eine weitere Stabilisierung auf.
  • Zur Herstellung einer wie oben beschriebenen Spule werden wenigstens vier elektrische Leitungen mittels wenigstens einer ersten und einer zweiten kegelförmigen Andruckrolle auf eine vorzugsweise kegelförmige Führungsrolle gedrückt. Die Führungsrolle weist Führungen auf, die vorzugsweise konzentrisch um die Rotationsachse der Führungsrolle angeordnet sind. Vorzugsweise weist die Führungsrolle die Form eine Kegelstumpfs auf.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform können die Führungen als rillenförmige, konzentrische Vertiefungen auf der Führungsrolle angeordnet sein. Jede der wenigstens vier elektrischen Leitungen wird in einer separaten Führung der Führungsrolle geführt. Die elektrischen Leitungen werden vorzugsweise während des Umlaufens der Führungsrolle miteinander mechanisch verbunden. Nach dem Umlaufen der Führungsrolle weisen die elektrischen Leitungen die Form eines schraubenförmigen Bandes auf.
  • Durch das mechanische Verbinden der einzelnen Leitungen und durch das Umlaufen der Führungsrolle verbiegen sich die elektrischen Leitungen automatisch zu einem schraubenförmigen Band. Bei einem theoretisch endlos langen Band von derart verknüpften Leitungen würde sich ein schraubenförmiges Endlosband bilden, das Ähnlichkeit mit einer archimedischen Schraube aufweist.
  • Die Andruckrollen sind vorzugsweise hinsichtlich Form und Größe passgenau an die Führungsrolle angebracht. Die erste Andruckrolle führt die elektrischen Leitungen mit der dem jeweiligen Radius der Führungsrolle entsprechenden Geschwindigkeit an die Führungsrolle heran. Zur sicheren Führung der einzelnen elektrischen Leitungen in den Führungen der Führungsrolle ist die zweite Andrucksrolle ebenfalls passgenau an die Führungsrolle angepasst.
  • Vorzugsweise beim Umlaufen der Führungsrolle werden die Leitungen mechanisch miteinander verbunden. Das Verbinden der einzelnen Leitungen kann beispielsweise gemäß den zuvor beim Bauelement beschriebenen Alternativen erfolgen
  • Zur weiteren Fixierung kann die vorzugsweise gepresste Spule nach dem Wickeln in einen Trog mit Vergussmasse eingetaucht werden. Dadurch entsteht eine Schutzschicht, durch die der Wickel weiter fixiert wird. Der Wickel erhält somit auch eine isolierende Schutzschicht.
  • Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Spule stellt ein Verfahren dar, bei dem wenigstens vier elektrische Leitungen mittels einer Drahtführung um eine rotierende Achse eines Wickelwerkzeugs gewickelt werden. Hierbei weist jede der wenigstens vier elektrischen Leitungen eine separate Drahtführung auf. Vorzugsweise sind die einzelnen Drahtführungen in einem einzigen Bauteil nebeneinander angeordnet. Die elektrischen Leitungen werden in einer Wickelebene, die senkrecht zur Rotationsachse des Wickelwerkzeugs angeordnet ist, um die Rotationsachse aufgewickelt. Mit wachsender Wicklungszahl wird die Drahtführung parallel zur Rotationsachse geführt, sodass ein Wickel entsteht. Die elektrischen Leitungen werden vorzugsweise während des Wickelns mechanisch miteinander verbunden.
  • Zu Beginn des Wickelverfahrens werden die ersten Enden der elektrischen Leitungen in einer Führung eines ersten Wickelwerkzeuges eingelegt. Die Führung kann beispielsweise durch einen Schlitz oder eine Vertiefung in dem Wickelwerkzeug gebildet sein. Mittels beispielsweise eines Magneten werden die elektrischen Leitungen in der Vertiefung fixiert.
  • Der Innendurchmesser der aufzuwickelnden Spule wird durch den Außendurchmesser der rotierenden Achse bestimmt, um den die Leitungen gewickelt werden.
  • Bevorzugt bewegt sich die Drahtführung mit der Geschwindigkeit in Wickelrichtung, mit der der bereits aufgespulte Wickel wächst. Ein an der Drahtführung angeordnetes Schild, das konzentrisch um die Rotationsachse angeordnet ist, kann beispielsweise dazu dienen, dass auf den bereits fertig gewickelten Bereich der Spule Druck ausgeübt wird, sodass sich die Lage dieses Bereiches nicht mehr verändern kann. Sobald die Drahtführung das Ende der aufzuwickelnden Spule erreicht hat, können die Drahtenden beispielsweise manuell in weitere schlitzförmige Vertiefungen eines zweiten Wickelwerkzeuges eingebracht werden. Das zweite Wickelwerkzeug ist mit dem ersten Wickelwerkzeug über beispielsweise eine Kupplung miteinander verbunden und rotiert in der gleichen Geschwindigkeit und mit der gleichen Drehrichtung, wie das erste Wickelwerkzeug.
  • Zur Fixierung des Wickels wird beispielsweise bei Verwendung von Leitungen, die mit einer thermoplastischen Kunststoffschicht umhüllt sind, der Wickel während des Wickelns mit einem Infrarotstrahler oder einem heißen Luftstrom über die Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kunststoffschicht erhitzt. Der Wickel kann nach dem Abkühlen unter die Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kunststoffschicht aus dem Form gebenden Wickelwerkzeug genommen werden. Die zuvor an die Vertiefungen der Wickelwerkzeuge eingelegten Enden werden aus diesem hierbei herausgenommen.
  • Alternativ kann die Spule beispielsweise mittels eines schnell härtenden Klebstoffes, der während des Wickelns mit eingebracht wird, fixiert werden. Hierbei können Leitungen beliebigen Typs verwendet werden. Der Klebstoff kann beispielsweise den kompletten Wickel durchsetzen. In einer weiteren Ausführungsform können auch nur das Ende oder der Anfang des Wickels mit einer Klebstoffschicht durchsetzt sein. Bei Verwendung von Wickelwerkzeugen, die aus Teflon bestehen, können beispielsweise auch Acrylatklebstoffe oder Epoxydharze eingesetzt werden, ohne dass es zu Problemen beim Entformen kommt.
  • Zur weiteren Fixierung kann die vorzugsweise gepresste Spule nach dem Wickeln in einen Trog mit Vergussmasse eingetaucht werden. Dadurch entsteht eine Schutzschicht, durch die der Wickel weiter fixiert wird. Der Wickel erhält somit auch eine isolierende Schutzschicht.
  • Die zuvor beschriebene Spule wird vorzugsweise als Hochfrequenzdrossel im Bereich von 30 kHz bis weit über 5 MHz eingesetzt.
  • Durch den kapazitätsarmen Aufbau der Spule durch die Verwendung von beispielsweise verdrillten Litzen, die übereinander gestapelt sind, wird ein hoher Q-Faktor erreicht.
  • Durch die Verwendung von verdrillten Litzen wird eine Verringerung des Proximityeffekts erreicht. In einer Ausführungsform werden Litzen mit 30 bis 50 Twists/Meter eingesetzt. Bevorzugt werden Litzen mit einer Anzahl von vorzugsweise bis zu 200 Twists pro Meter eingesetzt.
  • Die Spule weist bei geringen Frequenzen im Vergleich zu einem Flachwickel einen hohen DC-Widerstand auf. Bei hohen Frequenzen steigt der HF-Widerstand jedoch nicht so stark an, wie der von Flachwickeln oder herkömmlichen Wicklungen (Lagenwicklungen). Ein lagenförmiger Wickel mit beispielsweise 27 Windungen weist auf beispielsweise einem Kern in Bauform RM6 aus dem Material N49, bei einem Luftspalt von 0,4 mm und bei einer Frequenz von 350 kHz einen Widerstand von 0,78 Ohm und bei 750 kHz einen Widerstand von 2,86 Ohm auf. Ein wie zuvor beschriebener Wickel weist bei gleicher Windungsanzahl und gleichem Kern bei 350 kHz einen Widerstand von 1 Ohm auf, bei 750 kHz jedoch nur einen Widerstand von 2 Ohm.
  • Bedingt durch den höheren Q-Faktor weist die Spule bei hohen Frequenzen (z. B. 500 kHz) eine schmalere und höhere Resonanzkurve bei Anregung auf der 3., 5. und 7. Oberwelle auf.
  • Die oben beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente die einander gleichen oder die die gleichen Funktionen übernehmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
    • Figur 1
    zeigt einen schematischen Aufbau einer Spule,
    Figur 2
    zeigt einen schematischen Aufbau der Wicklungen einer Spule,
    Figur 3
    zeigt schematisch eine erste Vorrichtung zur Herstellung einer Spule,
    Figur 4
    zeigt schematisch eine weitere Vorrichtung zur Herstellung einer Spule.
  • Die Figur 1 zeigt eine schematische Skizze einer ersten Ausführungsform einer Spule 1. Mehrere elektrische Leitungen 2, 2' sind um ein gemeinsames Wickelzentrum 3 gewickelt. Der Abstand d der elektrischen Leitung 2 zur Längsachse der Spule 1 ist über die gesamte Länge der Spule 1 gleich groß. Die Abstände der weiteren elektrischen Leitungen 2' zur Längsachse der Spule 1 sind ebenfalls über die gesamte Länge der Spule 1 annähernd konstant. Die Spule 1 weist einen Innendurchmesser D1 auf, der über die gesamte Länge der Spule 1 annähernd gleich groß ist. Die elektrischen Leitungen 2, 2' einer Wickelebene sind vorzugsweise gleichmäßig übereinander angeordnet. Durch ein gemeinsames Aufwickeln der elektrischen Leitungen 2, 2' erreicht man, dass die elektrischen Leitungen 2, 2' direkt übereinander zu liegen kommen. Vorzugsweise am Anfang und am Ende der Spule 1 sind die elektrischen Leitungen 2, 2' elektrisch miteinander verbunden. Die elektrischen Leitungen 2, 2' sind über die gesamte Länge der Spule 1 parallel zueinander angeordnet. Die Spule 1 weist vorzugsweise am Anfang und am Ende einen elektrischen Kontakt 4 auf, über den die Spule 1 elektrisch angeschlossen werden kann.
  • Durch die Wicklungen der elektrischen Leitungen 2, 2' weist die Spule 1 eine ausreichend große Stabilität auf, so dass die Spule 1 ohne einen zusätzlichen Spulenkörper auskommt. In dem Wickelzentrum 3 der Spule 1 kann ein Ferritkern 5 eingeschoben sein. Alternativ kann die Spule 1 auch beispielsweise auf die Arme eines Ferritkerns, der eine E-Form aufweist, geschoben sein. Vorzugsweise im Bereich des Luftspalts der E-Kerne, ist die Spule 1 auseinander gezogen, so dass im Bereich des Luftspalts der E-Kerne eine Art Kissen entsteht. Im Bereich des Kissens befinden sich Idealerweise keine, beziehungsweise möglichst wenige Windungen.
  • In der Figur 1 ist ein Teil der Windungen als Bereich A markiert. Der Bereich ist in der Figur 2 vergrößert dargestellt.
  • In Figur 2 ist ein Ausschnitt der Spule aus Figur 1 dargestellt. Die elektrischen Leitungen 2, 2' sind in der Figur 2 als Litzen dargestellt. Dabei weist jede der Litzen ca. 12 einzelne Drähte auf, die ineinander verdrillt sind. Die elektrischen Leitungen 2, 2' können jedoch auch aus einzelnen Drähten, rechteckigen Flachdrähten oder anderen Drahtformen bestehen. Die einzelnen elektrischen Leitungen 2, 2' sind exakt übereinander angeordnet. Der Abstand der ersten elektrischen Leitung 2 zum Wickelzentrum der Spule 1 ist über die gesamte Länge annähernd gleich groß. Direkt über der ersten elektrischen Leitung 2 ist eine zweite 2' und weitere elektrische Leitungen angeordnet, die gemeinsam mit der ersten elektrischen Leitung 2 um ein gemeinsames Wickelzentrum gewickelt sind.
  • Die Figur 3 zeigt schematisch eine erste möglich Anordnung zur Herstellung einer Spule 1, die in Figur 1 und 2 dargestellt ist. Zur Herstellung einer Spule 1 werden mehrere elektrische Leitungen 2, 2' über eine Drahtführung 100 zu einer ersten Andruckrolle 10 geführt. Die erste Andruckrolle 10 drückt die elektrischen Leitungen 2, 2' auf Führungen 13 einer Führungsrolle 12. Die erste Andruckrolle 10 ist in der Form an die Führungsrolle 12 angepasst und rotiert mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Führungsrolle.
  • Die Führungsrolle 12 weist in der dargestellten Anordnung eine kegelförmige Gestalt auf. Die elektrischen Leitungen 2, 2' werden dabei auf unterschiedlich großen konzentrischen Führungsrillen um die Führungsrolle 12 geführt. Durch die Kegelform der Führungsrolle werden die elektrischen Leitungen 2, 2' mit unterschiedlicher Geschwindigkeit um die Führungsrolle 12 geführt. Um die elektrischen Leitungen 2, 2' für ca. eine Viertel Umdrehung auf der Führungsrolle 12 zu führen, ist eine zweite Andruckrolle 11 in einem Winkel von ca. 90° zur ersten Andruckrolle 10 angeordnet. Die zweite Andruckrolle 11 ist wie die erste Andruckrolle 10 an die Form und Größe der Führungsrolle 12 angepasst und rotiert mit der gleichen Geschwindigkeit.
  • Zwischen der beiden Andruckrollen 10, 11 werden die elektrischen Leitungen 2, 2' mittels eines Infrarot-Linienstrahlers 15 mechanisch miteinander verbunden. Die elektrischen Leitungen 2, 2' weisen beispielsweise eine thermoplastische Kunststoffumhüllung (Backlackdrähte) auf, die sich bei Erwärmung miteinander verkleben.
  • Die erste Andruckrolle 10 kann dafür beispielsweise zusätzlich beheizt sein, so dass die thermoplastische Kunststoffumhüllung (Backlackschicht) im Bereich der ersten Andruckrolle 10 bis leicht unterhalb der Erweichungstemperatur der Kunststoffumhüllung erwärmt wird. Mittels Infrarotlicht oder mit einem heißen Luftstrom werden die einzelnen elektrischen Leitungen 2, 2' untereinander mechanisch verbunden. Zum Abkühlen der Kunststoffumhüllungen ist beispielsweise die Führungsrolle 12 und/oder die zweite Andruckrolle 11 gekühlt.
  • Alternativ können die elektrischen Leitungen 2, 2' auch mittels eines UV-härtenden Klebstoffs untereinander verbunden werden. Das Auftragen des Klebstoffs kann beispielsweise erfolgen, solange sich die elektrischen Leitungen 2, 2' in den Führungen der Führungsrolle 12 befinden. Alternativ kann der Klebstoff auch kurz nach dem Verlassen der Führungsrolle 12 auf die elektrischen Leitungen 2, 2' aufgetragen werden. Die Aushärtung des Klebstoffs erfolgt dabei mittels UV-Licht aus einem UV-LED-Array oder einer Blitzlampe vorzugsweise innerhalb von 200 ms.
  • Um die elektrischen Leitungen 2, 2' mechanisch untereinander zu verbinden, können auch Klebstreifen verwendet werden. Die Klebstoffstreifen werden hierzu lediglich kurz vor der ersten Andruckrolle auf die Führungsrolle 12 mit der nach oben gerichteten Klebeschicht gelegt.
  • Um eine ausreichende Stabilität der Spule 1 zu erreichen, ist es ausreichend, wenn die einzelnen elektrischen-Leitungen 2, 2' nur punktuell miteinander verbunden werden. Dabei reicht es aus, wenn die elektrischen Leitungen 2, 2' in regelmäßigen Abständen untereinander verbunden werden.
  • Nach dem Umlaufen der Führungsrolle 12 weisen die mechanisch miteinander verbundenen elektrischen Leitungen 2, 2' eine schraubenförmige Gestalt auf. Die schraubenförmige Gestalt kommt dadurch zustande, da die Länge der äußersten elektrischen Leitung 2 länger ist als die Länge der benachbarten elektrischen Leitung 2'. Die nach innen nächst benachbarte elektrische Leitung 2, 2' ist immer jeweils kürzer. Werden die elektrischen Leitungen 2, 2' endlos derart verknüpft, so bildet sich ein schneckenförmiges Endlosband - ähnlich einer Archimedischen Schraube. Das Endlosband kann, wie in Figur 3 dargstellt, beispielsweise in einem mitdrehenden Auffangbecher 14 gesammelt werden. Durch die Schwerkraft legen sich die Windungen automatisch übereinander, wodurch der entstehende Wickel komprimiert wird. Nach dem Erreichen der gewünschten Wicklungszahl kann das Endlosband durchtrennt werden. Eine weitere Komprimierung des lockeren Wickels im Auffangbecher 14 kann beispielsweise durch einfaches Pressen erfolgen. Alternativ kann der Wickel auch mittels eines Schrumpfschlauchs weiter komprimiert werden.
  • In Figur 4 ist schematisch eine weitere Anordnung zur Herstellung einer Spule 1 dargstellt. Hierzu werden mehrere elektrische Leitungen 2, 2' mittels eines zweiteiligen Wickelwerkzeuges 102, 103 um eine rotierende Achse 101 gewickelt. Die Enden der elektrischen Leitungen 2, 2' werden in schlitzförmige Vertiefungen 105 des ersten Wickelwerkzeugs 102 gelegt und mittels eines Magneten 106 fixiert. Die beiden Hälften der Wickelwerkzeugs 102, 103 werden mit gleicher Geschwindigkeit und Drehrichtung in Rotation gesetzt. Um eine Synchronisierung der beiden Wickelwerkzeuge 102, 103 zu erreichen, sind die beiden Hälften des Wickelwerkzeugs 102, 103 mittels einer Kupplung 107 miteinander verbunden. Es ist jedoch auch möglich, die Synchronisierung der beiden Hälften mittels anderer technischer Vorrichtungen zu erreichen.
  • Das formgebende Wickelwerkzeug 102, 103 ist zweiteilig, damit der fertige Wickel nach dem Wickeln leicht aus dem Wickelwerkzeug 102, 103 genommen werden kann. Die rotierende Achse 101 weist vorzugsweise den Außendurchmesser D2 auf, der dem Innendurchmesser D1 der zu wickelnden Spule 1 entspricht. Zur Führung der elektrischen Leitungen 2, 2' ist im Bereich der rotierenden Achse 101 eine Drahtführung 100 angeordnet. Mittels der Drahtführung 100 werden die elektrischen Leitungen 2, 2' in der Wickelebenen übereinander um die rotierende Achse 101 gewickelt. Hierbei wird die elektrische Leitung 2', die den geringsten Abstand d zum Wickelzentrum, das hier durch die rotierende Achse 101 gebildet ist, aufweist, mit einer geringeren Geschwindigkeit um die rotierende Achse 101 geführt als weiter außen angeordnete elektrische Leitungen 2. Die Länge der weiter innen angeordneten elektrischen Leitungen 2' ist somit kürzer/als die der weiter außen angeordneten elektrischen Leitungen 2. Um ein Verrutschen der bereits aufgewickelten Wicklungen zu verhindern, ist parallel zur Drahtführung ein Schild 104 angeordnet. Das Schild 104 und die Drahtführung 100 sind auf einem in x-Richtung verschiebbaren Schlitten angeordnet, der aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt ist. Der Schlitten verschiebt die Drahtführung 100 und das Schild 104 mit wachsendem Wickel entlang der rotierenden Achse 101. Das Schild 104 bewirkt hierbei zusätzlich, dass aufgrund starken Drucks auf bereits fertig gewickelte Bereiche der Spule 1 diese Bereiche ihre Lage nicht mehr verändern können. Sobald die Drahtführung 100 fast die innere Begrenzung des rechten Wickelwerkzeugs 103 erreicht hat, werden die Enden der elektrischen Leitungen 2, 2' in die schlitzförmigen Vertiefungen 105 des rechten Wickelwerkzeugs 103 manuell oder mittels eines Werkzeugs eingelegt. Hierbei wird die Drahtführung 100 nicht mehr weiter bewegt, so dass durch das Schild 104 weiter Druck auf die bereits gewickelten Bereiche der Spule 1 ausgeübt werden kann.
  • Zur Fixierung der Wicklungen kann, beispielsweise bei der Verwendung von elektrischen Leitungen 2, 2' mit einer thermoplastischen Kunststoffumhüllung, bereits während des Wickelns mittels eines Infrarotstrahlers oder eines heißen Luftstromes die Kunststoffumhüllung über die Erweichungstemperatur der Kunststoffschicht erhitzt werden. Nach dem Abkühlen des Wickels unter die Erweichungstemperatur der Kunststoffumhüllung kann die fertig gewickelte Spule 1 aus dem Wickelwerkzeug 102, 103 genommen werden. Die Enden der elektrischen Leitungen 2, 2' werden zuvor zumindest teilweise aus den schlitzförmigen Vertiefungen 105 der beiden Hälften des Wickelwerkzeugs genommen, so dass die Enden nicht verkanten können.
  • Zur Stabilisierung des Wickels kann auch UV-härtender Klebstoff verwendet werden, der während des Wickelns eingebracht wird. In diesem Fall können beliebige elektrische Leitungen 2, 2' verwendet werden. Der Klebstoff kann den ganzen Wickel durchsetzen, oder alternativ nur Teilbereich wie Anfang oder Ende des Wickels. In einer weiteren Ausführungsform können die Teile der Anordnung, die in Berührung mit dem Klebstoff kommen, aus Teflon bestehen. Dadurch ist es möglich, Epoxyd- oder Acrylharze zur Stabilisierung der Spule 1 einzusetzen, ohne dass es zu Problemen beim Entformen kommt.
  • Bei der Verwendung eines zusätzlichen Spulenkörpers, um den die elektrischen Leitungen 2, 2' gewickelt werden, müssen nur der Wicklungsanfang und das Ende fixiert werden.
  • Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildung der Erfindung beschrieben werden konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich weitere mögliche Anordnungen einzusetzen, mit denen eine zuvor beschriebene Spule hergestellt werden kann.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Anzahl der dargestellten Elemente beschränkt.
  • Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen, soweit technisch sinnvoll, beliebig miteinander kombiniert werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Spule
    2, 2'
    elektrische Leitungen
    3
    Wickelzentrüm
    4
    elektrische Kontakte
    5
    Ferritkern
    A
    Ausschnitt
    10
    erste Andruckrolle
    11
    zweite Andruckrolle
    12
    Führungsrolle
    13
    Führungen
    14
    Auffangbecher
    15
    Infrarot Linienstrahler
    16
    mechanische Verbindung
    100
    Drahtführung
    101
    rotierende Achse
    102, 103
    Wickelwerkzeug
    104
    Schild
    105
    Vertiefung
    106
    Magnet
    107
    Kupplung
    d
    Abstand von einer elektrischen Leitung (2, 2') zum Wickelzentrum 3
    D1
    Innendurchmesser der Spule 1
    D2
    Außendurchmesser der rotierenden Achse 101

Claims (15)

  1. Spule, aufweisend
    - wenigstens vier elektrische Leitungen (2, 2'),
    - wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') um ein gemeinsames Wickelzentrum (3) gewickelt sind,
    - wobei jede der wenigstens vier elektrischen Leitungen (2, 2') über die gesamte Länge der Spule (1) einen konstanten Abstand zu dem Wickelzentrum (3) der Spule (1) aufweist und die Wicklungen einer jeden Leitung nebeneinander angeordnet sind,
    - wobei die Leitungen der Wickelebenen übereinander angeordnet sind, sodass die elektrischen Leitungen übereinander zu liegen kommen und
    - wobei die Spule (1) in sich mechanisch stabil ist und die elektrischen Leitungen teilweise mechanisch fest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leitungen in regelmäßigen oder in unregelmäßigen Abständen mechanisch miteinander verbunden sind.
  2. Spule nach Anspruch 1, wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') im Bereich der Wicklungen gegeneinander isoliert sind.
  3. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') wenigstens an den Enden der Spule (1) miteinander kontaktiert sind.
  4. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') aus ineinander verdrillten Einzeldrähten bestehen.
  5. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') mechanisch miteinander verbunden sind.
  6. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Länge der inneren elektrischen Leitung (2) über die gesamte Spule (1) kürzer ist als die Länge der nach außen benachbarten elektrischen Leitung (2').
  7. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Wickelzentrum (3) ein Ferritkern (5) angeordnet ist.
  8. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spule (1) mit einer Vergussmasse umhüllt ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Spule,
    - wobei wenigstens vier elektrische Leitungen (2, 2') mittels wenigstens einer ersten (10) und einer zweiten kegelförmigen Andruckrolle (11) auf eine kegelförmige Führungsrolle (12) gedrückt werden,
    - wobei die Führungsrolle (12) rillenförmige konzentrische Vertiefungen (13) aufweist,
    - wobei jede der elektrischen Leitungen (2, 2') in einer separaten Führung (13) der Führungsrolle (12) geführt wird,
    - wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') während des Umlaufens der Führungsrolle (12) teilweise mechanisch fest miteinander verbunden werden, indem die elektrischen Leitungen in regelmäßigen oder in unregelmäßigen Abständen mechanisch miteinander verbunden sind,
    - wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') nach dem Umlaufen der Führungsrolle (12) eine schraubenförmige Gestalt aufweisen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') beim Umlaufen der Führungsrolle mechanisch miteinander verbunden werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die fertige Spule (1) in einen Behälter mit Vergussmasse getaucht wird.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Spule,
    - wobei wenigstens vier elektrische Leitungen (2, 2') mittels einer Drahtführung (100) um eine rotierende Achse (101) eines Wickelwerkzeug (102, 103) gewickelt werden,
    - wobei jede elektrische Leitung (2, 2') eine separate Drahtführung (100) aufweist,
    - wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') in einer Wickelebene, die senkrecht zur Rotationsachse (101) des Wickelwerkzeugs (102, 103) angeordnet ist, aufgewickelt werden, sodass die Wicklungen einer jeden Leitung nebeneinander angeordnet sind und die Leitungen der Wickelebenen übereinander angeordnet sind, sodass die elektrischen Leitungen übereinander zu liegen kommen,
    - wobei die Drahtführung (100) mit wachsender Wicklungsanzahl parallel zur Rotationsachse (101) geführt wird,
    - wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') während des Wickelns teilweise mechanisch miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leitungen in regelmäßigen oder in unregelmäßigen Abständen mechanisch miteinander verbunden werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die ersten Enden der elektrischen Leitungen (2, 2') in einem ersten Teil des Wickelwerkzeugs (102) fixiert werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die elektrischen Leitungen (2, 2') während des Wickelns miteinander verbunden werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die fertig gewickelte Spule (1) von dem Wickelwerkzeug (102, 103) genommen wird und in einen Behälter mit Vergussmasse getaucht wird.
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