DE20202293U1

DE20202293U1 - Gewickeltes Kombinationsbauelement

Info

Publication number: DE20202293U1
Application number: DE20202293U
Authority: DE
Original assignee: 7Ton Holding AG
Current assignee: 7Ton Holding AG
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2012-02-16

Description

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DIPL.-ING.f. W*MÖtL »· JHPL*INJG..fi. CH. BITTERICH FER VOR DEM EURO LANDAU/PFALZ ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

14.02.2002 B/Fa.

7ton Holding AG, 6300 Zug, Schweiz

Gewickeltes Kombinationsbauelement

KORRESPONDENZ KANZLEI BANKVERBINDUNGEN

POSTFACH 20 80 WESTRING 17 DEUTSCHE BANK AG LANDAU

D-76810 LANDAU/PFALZ D-76829 LANDAU/PFALZ 02 154 00 (BLZ 546 700 95)

TELEGRAMME INVENTION * ·

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Beschreibung:

Die Erfindung betrifft gewickelte Kombinationsbauelemente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kondensatoren, insbesondere Wickelkondensatoren, werden seit über 100 Jahren in den unterschiedlichsten Ausführungsformen und Größen jährlich in vielen Millionen Stück hergestellt und eingebaut. Typische Anwendungsfälle sind elektrische und elektronische Schaltungen der Starkstrom-, Nachrichten- und Messtechnik. Die Kondensatoren werden verwendet für Filter-, Trenn-, Kopplungs-, Sieb- und Glättungszwecke. Als Störschutz-Kondensatoren verhindern sie Funk- und Fernsehstörungen durch elektrische Geräte. In der Starkstromtechnik dient der Kondensator unter anderem zur Kompensation der Blindleistung in elektrischen Netzen. In Leuchtstofflampen dient er zur Stabilisierung des Lichtbogens. In Fotoblitzgeräten dient er als Stromstoß-Speicher. In anderen Fällen werden Kondensatoren verwendet als Berührungsschutz oder auch als Überspannungsschutz.

Die Größe eines Kondensators wird bestimmt durch den gewünschten Kapazitätswert, die gewünschte Spannungsfestigkeit und durch den konstruktiven Aufbau, insbesondere durch die zur Herstellung verwendeten Materialien.

Es sind auch schon Kombinationen von Kondensatoren mit Kondensatoren und/oder weiteren Bauelementen bekannt. Ein typisches Beispiel sind Entstörkondensatoren, die in einem Gehäuse drei oder vier gemeinsam gewickelte Kondensatoren enthalten, die über geeignete positionierte Anschlusskontakte kontaktiert sind.

Gewickelte Kombinationsbauelemente, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, bestehen im einfachsten Fall aus zwei Isolierfolien und zwei Metallfolien, die zu einem Wickel aufgerollt werden. Die Verbindung zu den Metallfolien stellen äußere Anschlusskontakte beispielsweise in Drahtform her. Dabei können die Metallfolien auch durch dünne Metallschichten ersetzt sein, die direkt auf die Isolierfolien aufgebracht sind.

Wie schon erwähnt beeinflusst auch die gewünschte Spannungsfestigkeit die Größe eines Wickelkondensators. Je höher die gewünschte Spannungsfestigkeit, desto dicker muss die Isolierfolie sein. Da Kondensatoren aber auch gegenüber einer Berührung isoliert sein müssen, muss auch eine allseitig ausreichende Isolierung nach außen hin gewährleistet sein. Dadurch wird das Volumen weiter vergrößert.

Werden Kondensatoren in elektronische Schaltungen eingebaut, die mit Netzspannung arbeiten, so muss des weiteren dafür gesorgt werden, dass die Kondensatoren entsprechenden Abstand zu Bauelementen haben, die auf einem anderen Potential liegen. Das reduziert die mögliche Packungsdichte der elektronischen Schaltung. Als Beispiel seien erwähnt elektronische Vorschaltgeräte für Sparlampen. In diesen Vorschaltgeräten werden bis zu 10 Kondensatoren benötigt, deren Spannungsfestigkeit wenigstens 300 V betragen muss. Auf einer gedruckten Schaltungsplatte beanspruchen diese Kondensatoren eine Fläche von ca. 10 %, gleichzeitig jedoch ein Volumen von mindestens 30 %. Damit verhindern im wesentlichen die Kondensatoren eine weitere Miniaturisierung solcher elektronischer Vorschaltgeräte für Sparlampen. Das ist unbefriedigend.

Analysiert man elektronische Schaltungen, so stellt man oft fest, dass Bauelementekombinationen benötigt werden. Beispielsweise müssen Kondensatoren verschiedener Größe kombiniert werden, um eine Spannungs- oder Stromteilerfunktion realisieren zu können, es müssen Kondensatoren mit Induktivitäten kombiniert werden, um Filter realisieren zu können, es müssen Kondensatoren mit Ohmschen Widerständen kombiniert werden, um steile Stromanstiege zu verhindern und dergleichen mehr. In allen diesen Fällen müssen derzeit separate Bauelemente in geeigneter Weise kombiniert werden, wodurch jedoch ein erhöhter Platz- und Raumbedarf entsteht. Wenn es gelänge, diese Bauelementekombinationen in einem Bauteil zu vereinigen, könnte die gleiche Funktion mit erheblich geringerem Raum- und Platzbedarf realisiert werden.

Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, die sich die Aufgabe gestellt hat, ein gewickeltes Kombinationsbauelement anzugeben, das von Haus aus die Möglichkeit bietet, Bauelementekombinationen zu realisieren, die auf ganz konkrete Anwendungsfälle hin dimensioniert und kombiniert werden können.

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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein gewickeltes Kombinationsbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die vorliegende Erfindung bietet mehrere Möglichkeiten für Bauelementekombinationen. Zum einen lassen sich Bauelemente auf dem Wickelkern aufbauen, der beispielsweise als gedruckte Schaltungsplatine mit äußeren und inneren Anschlusskontakten sowie Leiterbahnen ausgebildet sein kann. Auf dem Wickelkern können Transistoren oder auch integrierte Halbleiterschaltungen, Widerstände, weitere Kondensatoren oder auch Induktivitäten untergebracht werden. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die Metallelektroden zu strukturieren, so dass sie Widerstandsfunktion erhalten. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, den aufgewickelten Metallschichten auch induktive Eigenschaften zu verleihen.

In diesem Fall kann der Wickelkern wenigstens bereichsweise aus ferromagnetischem Material bestehen, um den Wert der Induktivität zu erhöhen. Eine weitere Möglichkeit, den Wert der Induktivität zu erhöhen besteht darin, die gewickelte Metallschicht mit einem externen Anschlusskontakt zu kontaktieren.

Des weiteren kann durch entsprechende Strukturierung der Metallschichten oder folien erreicht werden, dass auf einem Wickelkern und damit in einem Wickel zwei oder mehr Kondensatoren realisiert werden. Dabei ist es möglich, diese Kondensatoren so anzuordnen, dass sie untereinander eine elektrische Kopplung aufweisen oder auch nicht.

Die unterschiedlichen kapazitiven und sonstigen Eigenschaften lassen sich auch dadurch realisieren, dass die Metallschichten bzw. Isolierfolien unterschiedliche Längen und/oder Breiten besitzen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können die isolierenden Zwischenräume, die der Strukturierung der Metallschichten dienen, aus den Metallschichten herausgeätzt bzw. -gebrannt werden. Letzteres lässt sich sehr günstig mittels Laser realisieren.

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Eine Alternative hierzu sieht vor, dass die isolierenden Zwischenräume aus den
Metallfolien bzw. beschichteten Isolierfolien herausgeschnitten bzw. -gestanzt sind.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen jeweils rein schematisch

Fig. 1 ein gewickeltes Kombinationsbauelement mit strukturierten Metallschichten vor dem Wickeln und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich des Wickelkerns.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein gewickeltes Kombinationsbauelement mit einem Wickelkern 10, mit metalIbeschichteten Isolierfolien 20, 30 sowie
unbeschichteten Isolierfolien 21, 31 vor dem Herstellen des Wickels.

Die Metallschicht auf den Isolierfolien 20, 30 sind strukturiert, indem aus einer
zunächst durchgehenden Metallisierung isolierende Bereiche 23, 25, 27; 33, 35, 37 herausgeätzt bzw. -gebrannt wurden. Dadurch entstehen strukturierte
Metallschichten 22, 24, 26, 28; 32, 34, 36, 38, die mit dem Wickelkern 10
kontaktiert sind. Einzelheiten sollen anhand der Fig. 2 erläutert werden.

Dadurch, dass beispielsweise die am weitesten außen liegende Metallelektrode 22
über zwei schmale Leiterbahnen mit dem Wickelkern 10 kontaktiert ist, muss der
elektrische Strom auf seinem Weg vom Wickelkern zu der Metallfläche einen
Ohmschen Widerstand überwinden. Das gleiche gilt in entsprechend angepasster
Form auch für die anderen Metallelektroden 24, 26; 32, 34, 36.

Die innenliegende Metallisierungen 28, 38 dagegen sind nur einmal kontaktiert und bilden einen klassischen Wickelkondensator.

Dank eines externen Anschlusskontaktes 29 an der Metallschicht 22 kann diese als Spule eingesetzt werden. Besteht in diesem Fall der Wickelkern 10 wenigstens

bereichsweise aus ferromagnetischem Material, kann der Wert der Induktivität weiter erhöht werden.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich des Wickelkerns 10. Man erkennt, dass dieser äußere Anschlusskontakte 11.1, 11.2 sowie innere Anschlusskontakte und Leiterbahnen 12 besitzt. Außerdem erkennt man, dass der Wickelkern 10 weitere Bauelemente trägt, beispielsweise einen Ohmschen Widerstand 13. Es versteht sich, dass auf dem Wickelkern auch andere elektrische Bauelemente angebracht werden können, beispielsweise Transistoren, integrierte Schaltkreise usw. Auch kann der Wickelkern 10 beidseitig Bauelemente, Leiterbahnen und Kontakte tragen.

Des weiteren erkennt man anhand der Fig. 2, wie die Metallschichten 22, 24, 26, 28; 32, 34, 36, 38 mit den inneren Kontaktflächen 12 des Wickelkerns 10 kontaktiert sind. Bei der dargestellten Kontaktierung besteht die Möglichkeit, an einem der äußeren Kontakte 11.1 an der linken Seite des Wickelkerns 10 einen Strom einzuspeisen, der durch die Metallisierung 22 hindurchfließt und an einem entsprechenden äußeren Anschlusskontakt 11.2 an der rechten Seite des Wickelkerns 10 wieder abgenommen werden kann. Dieser Strom erleidet auf seinem Weg zwischen den beiden Anschlusskontakten einen Ohmschen Widerstand. Gleichzeitig aber bildet die Metallisierung 22 mit der Gegenmetallisierung 32 einen Kondensator, so dass auf diese Weise ein RC-Kombinationsbauelement entstanden ist.

Sobald die in Fig. 1 dargestellten Isolierfolien 20, 21, 30, 31 aufgewickelt werden, bilden die schmalen Metallbahnen jeweils eine Spule, so dass auf diese Weise auch induktive Bauelemente realisiert werden, ohne dass die Größe des fertigen Kombinationsbauelements dadurch beeinflusst wird.

Claims

1. Gewickeltes Kombinationsbauelement, im wesentlichen umfassend

- einen Wickelkern (10),

- Isolierfolien (20, 21, 30, 31), die wenigstens teilweise Metallschichten (22, 24, 26, 28; 32, 34, 36, 38) tragen,

- und äußere Anschlusskontakte (11.1, 11.2),

gekennzeichnet durch die Merkmale:

- die Metallschichten sind durch isolierende Zwischenräume (23, 25, 27; 33, 35, 37) strukturiert,

- der Wickelkern (10) trägt innere Anschlusskontakte (12) und Leiterbahnen,

- die strukturierten Metallschichten kontaktieren die inneren Anschlusskontakte (12).

2. Kombinationsbauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal:
der Wickelkern (10) trägt weitere Bauelemente (13).

3. Kombinationsbauelement nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch das Merkmal:
der Wickelkern (10) trägt Ohmsche Widerstände (13).

4. Kombinationsbauelement nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch das Merkmal:
der Wickelkern (10) trägt Halbleiterbauelemente.

5. Kombinationsbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal:
der Wickelkern (10) trägt induktive Bauelemente.

6. Kombinationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal:
der Wickelkern (10) ist eine einseitig oder beidseitig kontaktierte Leiterplatte.

7. Kombinationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet durch das Merkmal:
wenigstens eine Metallschicht ist als Ohmscher Widerstand ausgebildet.

8. Kombinationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch das Merkmal:
wenigstens eine Metallschicht ist als induktiver Widerstand ausgebildet.

9. Kombinationsbauelement nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch das Merkmal: die den induktiven Widerstand bildende Metallschicht ist mit einem externen Anschlusskontakt (29) kontaktiert.

10. Kombinationsbauelement nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch das Merkmal:
der Wickelkern (10) besteht wenigstens teilweise aus ferromagnetischem Material.

11. Kombinationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die strukturierten Metallschichten bilden wenigstens zwei elektrisch unabhängige Kapazitäten.

12. Kombinationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die strukturierten Metallschichten bilden wenigstens zwei elektrisch gekoppelte Kapazitäten.

13. Kombinationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die Isolierfolien (20, 21, 30, 31) besitzen unterschiedliche Längen und/oder Breiten.

14. Kombinationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die isolierenden Zwischenräume (23, 25, 27; 33, 35, 37) sind aus den Metallschichten herausgeätzt bzw. -gebrannt.

15. Kombinationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch das Merkmal:
die isolierenden Zwischenräume (23, 25, 27; 33, 35, 37) sind aus den beschichteten Isolierfolien (20, 30) herausgeschnitten bzw. -gestanzt.

16. Kombinationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch das Merkmal:
auf einem Wickelkern (10) sind wenigstens zwei Folienwickel nebeneinander aufgewickelt.