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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung von Spulen an einem gemeinsamen
Induktionskern nach Anspruch 1 und 6, deren Windungsflächen in
etwa senkrecht zueinander stehen.
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Eine
derartige Anordnung von Spulen wird auch als 3D-Spule bezeichnet,
die als Antenne Verwendung findet. Herkömmliche Befestigungen von 3D-Spulen
sehen dabei eine Verbindung und Kontaktierung mit einem Ferritkern
vor, der üblicherweise auf
eine Trägerplatte
aus Kunststoff aufgeklebt wird. Abschließend werden der Ferritkern
und die Trägerplatte
gemeinsam zum Realisieren der 3D-Spule bewickelt. Dies führt üblicherweise
dazu, dass die nach diesem Verfahren hergestellten 3D-Spulen eine
erhebliche Höhe
beanspruchen. Darüber
hinaus ist es notwendig, die Trägerplatte
zum Kontaktierung der Spulen zu gestalten.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE
197 18 423 offenbart einen tragbaren Signalempfänger mit drei
getrennt voneinander angeordneten Spulen, die senkrecht zueinander
stehen. Die Empfangsleistung des Empfängers wird dadurch unabhängig von
seiner Winkellage zu einer Sendeantenne.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE
101 62 907 zeigt eine Fernzugriffsvorrichtung mit induktiver Mehrfachrahmenantenne zum
verbesserten Signalempfang. Dazu sind ebenfalls drei senkrecht zueinander
angeordnete Spulen vorgesehen.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE
198 45 649 offenbart ein schlüsselloses Zugangssystem für ein Kraftfahrzeug
zum sicheren Detektieren eines Senders innerhalb und außerhalb
eines Kraftfahrzeuginnenraums. Dazu sind zwei senkrecht zueinander angeordnete
Antennenspulen vorgesehen.
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Die
japanische Patentschrift
JP
2001168930 beschreibt einen Funksender mit einer Spule,
die auf einen Magnetkern aufgewickelt ist und diesen elektrisch
kontaktiert. Dadurch werden Bauhöhe
und Kosten der auf einer Platine befestigten Anordnung verringert.
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Die
japanische Patentschrift
JP
11186041 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines
Spulenelements mit verbesserter Induktivität. Die Windungen der Spule
werden dabei durch Aufbringen eines Silberfilms auf einen Ferritkern
hergestellt, der nachfolgend mit einem Laser bearbeitet wird.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE
2 054 457 offenbart einen Hochfrequenztransformator mit einer
weitgehend miniaturisierten Spule. Deren Windungen werden als gedruckte
Leiterbahnen in nebeneinanderliegenden kreisförmigen oder eckigen Bahnen
auf eine Platine gedruckt, wobei ein Magnetkern die Windungen quer
zur Platine durchsetzt.
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Aus
der
DE 103 24 847
A1 ist eine Empfangsantenne aus einem Ferritkern mit Säulenprofil und
drei Antennenspulen bekannt, wobei jede dieser Spulen durch Wickeln
eines elektrischen Drahtes um den Kern gebildet ist und wobei ein
Anfangsende der zweiten Antenne und ein Abschlussende der ersten Antenne
miteinander verbunden sind.
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Die
WO 03/071068 A1 schlägt eine
Induktionsspule umfassend einen Ferritkern und einen um den Ferritkern
gewickelten Draht vor, wobei ein Teil der Windungen des Drahtes
mit einem Teil der Oberfläche
des Ferritkerns mechanisch verbunden ist.
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Der
vorstehend erwähnte
Stand der Technik zeigt zwar Ansätze
für eine
Miniaturisierung einzelner Spulen. Ernsthafte Versuche, diese Ergebnisse auf
dreidimensionale Anordnungen von Spulen zu übertragen, scheiterten bislang
aber an den dreidimensionalen Anforderungen. In der Folge waren auch
besser handhabbare – verkleinerte
bzw besonders flache – Sender
zur Verwendung zB mit Wegfahrsperren oder Verriegelungssystemen
an Fahrzeugen nicht realisierbar.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung von Spulen
bereit zu stellen, durch welche ein üblicherweise benötigter Platzbedarf
weiter vermindert wird, und die einfach und kostengünstig herstellbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Anordnung der eingangs genannten Art gelöst, die
aus dem gemeinsamen Induktionskern und den direkt darauf aufgebrachten
Spulen besteht, wobei der gemeinsame Induktionskern Metallisierungen
zum separaten elektrischen Kontaktieren der einzelnen Spulen aufweist.
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Ein
wesentlicher Punkt dieser Lösung
besteht darin, dass durch den Entfall einer üblicherweise vorgesehenen Trägerplatte
die Bauhöhe
von 3D-Spulen etwa um ein Drittel, also merklich reduziert werden
kann. Die Spulen werden nunmehr direkt auf einen gemeinsamen Induktionskern,
vorzugsweise einen Ferritkern, aufgebracht. Die Kontaktierungen
werden durch Metallisierung des Ferrits hergestellt. Die überraschend
einfache Lösung
lässt die
Trägerplatte
entfallen, auf die der Fer rit der Spule üblicherweise aufgeklebt wird.
Auf eine erhebliche Bauhöhe
kann damit verzichtet werden.
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Durch
geeignete Kontaktierung des Ferriten mit den Spulendrähten wird
erreicht, dass ein SMD(Surface Mounted Device) verlötbares Bauelement
entsteht, das leicht handhabbar und einfach auf einer Platine integrierbar
ist. In Verbindung mit der gegenüber
konventionellen 3D-Spulen geringeren Bauhöhe entstehen insbesondere für Identifikations-Geber(ID-Geber)
von schlüssellosen
Zugangssystemen (Keyless-Go-Systemem) höhere Freiheitsgrade im Design.
Die 3D-Spule kann aber auch für jede
andere Art der induktiven Energieübertragung genutzt werden.
Durch Entfall der Trägerplatte
stellt sie zudem eine kostengünstige
Alternative zu herkömmlicher
Technik dar.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Anordnung sind in den Unteransprüchen 2 bis
4 angegeben.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
sieht eine zylinderförmige
Ausgestaltung des Induktionskerns mit längsseitigen Ausnehmungen zum
Aufnehmen der Windungen von x- und y-Spulen vor, über dessen Umfang
Windungen einer z-Spule verlaufen. Dies stellt eine besonders kompakte
Ausgestaltung einer 3D-Spule dar, die einfach aufgebaut und verbaubar ist.
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Bevorzugt
sind dabei die Metallisierungen an einer Stirnseite des Induktionskerns
angeordnet, die als Kontaktfläche
mit einer Platine dient. Damit liegt eine definierte Anschlussfläche zur
Platine vor, wodurch eine aufwendige Verdrahtung der Spulen mit der
Platine vermieden wird.
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Besonders
bevorzugt sind die Metallisierungen zur Verwendung in einem Ball-Grid-Array
angeordnet. Damit wird ein definier ter Anschluss zur schnellen Aufnahme
der 3D-Spule auf der Platine bereit gestellt.
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Durch
die Verwendung der vorstehend beschriebenen Anordnung in einem tragbaren
Signalempfänger
entstehen weitere Vorteile. 3D-Spulen werden zwar heute schon zB
für ID-Geber
von Keyless-Go-Systemen eingesetzt. Da deren Bauhöhe aber
sehr hoch ist, wird die Form des Gebers relativ groß. Insbesondere
für Sender
dieser Systeme lässt sich
deshalb eine erhebliche Reduktion der Abmessungen erreichen. Es
sind damit zB kleinere (Fahrzeug)-ID-Geber in Form eines Schlüssels oder
einer Karte bzw in beliebigen anderen Formen realisierbar. Weiterhin
ist denkbar, dass die Spulen in anderen Anwendungen zum Einsatz
kommen.
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Die
Aufgabe wird auch durch eine Anordnung der eingangs genannten Art
gelöst,
bei der der Induktionskern auf eine Platine aufgebracht und mit dieser
zusammen bewickelt ist, wobei die Platine Öffnungen zum Durchführen der
Wicklungen und Metallisierungen zum elektrischen Kontaktieren der
einzelnen Spulen aufweist.
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Ein
wesentlicher Punkt dieser alternativen und ebenfalls überraschend
einfachen Lösung
besteht wieder darin, dass durch den Entfall einer üblicherweise
vorgesehenen Trägerplatte
die Bauhöhe von
3D-Spulen stark reduziert wird. Es entstehen dabei die schon vorstehend
geschilderten Vorteile. Da der Induktionskern ohne weitere Zwischenschritte
direkt auf die Platine aufgebracht wird, ist das Verfahren zum Herstellung
einer solchen Befestigungsanordnung zudem einfacher und kostengünstiger.
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Vorzugsweise
weist der Induktionskern die schon vorstehend beschriebene zylindrische
Form auf, die mit längsseitigen Ausnehmungen
zum Aufnehmen der Windungen von x- und y-Spulen versehen ist, und über deren
Umfang Windungen einer z-Spule verlaufen. Eine solche 3D-Spule stellt
auch hier eine besonders kompakte Ausgestaltung dar, die einfach
aufgebaut und verbaubar ist.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der vorliegenden
Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von einem Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert.
Gleiche oder gleichwirkende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern
versehen, auf deren mehrfache Darstellung aus Gründen der Symmetrie verzichtet
wurde. Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Anordnung von
Spulen an einem gemeinsamen Induktionskern, und
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2 eine
Anordnung von Spulen unter Einbeziehung einer Platine.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Anordnung
1 von Spulen Sx, Sy, Sz an einem gemeinsamen Induktionskern 11.
Die Windungen der Spulen Sx und Sy verlaufen in kreuzweise spiegelbildlich
angeordneten Ausnehmungen 13, die längsseitig (senkrecht zur Blattebene)
am dargestellten Induktionskern angeordnet sind. In den stirnseitigen
Eckbereichen des Induktionskerns sind ebenfalls kreuzweise symmetrisch
angeordnete Metallisierungen 12 zum Kontaktieren der Spulen
Sx, Sy, Sz vorgesehen, mit denen die Spulendrähte elektrisch verbunden sind.
Durch diese Anordnung 1 kann auf eine Trägerplatte verzichtet werden,
womit eine deutlich geringere Bauhöhe im Vergleich zu herkömmlichen
3D-Spulen erzielt wird. Gleichzeitig ist die Anordnung 1 leicht handhabbar
und leicht auf eine Platine aufbringbar, insbesondere durch die
Platzierung der hier gezeigten Metallisierungen 12 zur
Verwendung in einem Ball-Grid-Array.
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2 eine
Anordnung von Spulen unter Einbeziehung einer Platine 20.
Der Induktionskern 11' ähnlich dem
der 1 wird ohne eine sonst übliche Trägerplatte auf die Platine 20 aufgebracht
und mit dieser zusammen bewickelt. Die Windungen der am Induktionskern 11 gestrichelt
dargestellten x- und y-Spulen
treten dabei senkrecht zur Blattebene durch Öffnungen 21 in der
Platine 20. Die Drähte
der einzelnen Spulen werden in einem nächsten Schritt mit Metallisierungen 22,
die hier Anschlusspunkte von Leiterbahnen auf der Platine sein sollen,
kontaktiert. Die Anordnung weist ebenfalls eine deutlich verringerte Bauhöhe im Vergleich
zu herkömmlichen
3D-Spulen auf und ist zudem leicht und kostengünstig herzustellen.
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Beide
Anordnungen von Spulen vermindern den üblicherweise benötigten Platzbedarf
für eine 3D-Spule.
Die Anordnungen sind leicht herstellbar und kostengünstig. Sender
bzw Empfänger
insbesondere von Keyless-Go-Systemen lassen sich erheblich verkleinern
und durch flexible Formgebung an die jeweiligen Bedürfnisse
eines Nutzers anpassen.
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- 10
- Spulenanordnung
- 11
- Induktionskern
- 12
- Metallisierungen
- 13
- Ausnehmungen
- 20
- Platine
- 21
- Leiterbahnen
- 22
- Öffnungen
- Sx
- x-Spule
- Sy
- y-Spule
- Sz
- z-Spule