DE602004012566T2

DE602004012566T2 - Zusammenbau für Induktoren und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE602004012566T2
Application number: DE602004012566T
Authority: DE
Inventors: Lorenzo Baldo; Moreno Marton; Roberto Perin; Franco Zanatta
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: CN1760999B; EP1647999B1; CN1760999A; DE602004012566D1; EP1647999A1; ATE389942T1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Montageanordnungen für Induktionsspulen.
Beschreibung der verwandten Art
Induktivitäten bzw. Induktionsspulen werden häufig benutzt als Komponenten in einer großen Vielfalt in elektronischen/elektrischen Schaltkreisen. Beispielsweise Anwendungen von Induktionsspulen sind sogenannte „Drosseln", die üblicherweise benutzt werden für die Störungsunterdrückung, z. B. in Motoren für Haushaltsgeräte, um eine Störung (Radiofrequenzen) bei einem Radio, Fernsehausrüstung und dergleichen oder in elektronischen Vorschaltgeräten von Leuchtstoffröhren zu verhindern.
Typische Induktionsspulen-Montageanordnungen beinhalten typischerweise einen Induktionsspulenkörper (Hülse oder Spule) aus einem elektrisch isolierenden Material und einer leitenden Drahtwindung, die um die Spule gelegt ist. Ein Kern, wie z. B. ein Ferritkern, kann in die Spule eingeführt werden, um den Induktionswert der Induktionsspule zu erhöhen.
Als solches werden diese Komponenten meistens auf eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB) montiert zusammen mit anderen Schaltkreiskomponenten. Für diesen Zweck werden die Enden der Induktionsspulenwindungen verbunden (angelötet) mit Metallstiften.
Eine geläufige Baugruppe sieht den Induktionskörper oder die Induktionsspule vor, die aus einem Kunststoff durch Gießverfahren hergestellt ist, wie z. B. Spritzguss. Nach dem Gießen werden die Metallstifte in das Gehäuse eingebracht, nachdem das Gießen an geeigneten Stellen erfolgt ist, und die Enden der Induktionswindung werden an Metallstifte angelötet, um so die notwendige elektrische Verbindung herzustellen. Die Stifte ragen aus dem Induktionskörper hervor und erlauben es so, dass sie in aufnehmende Löcher eingebracht werden können, die vorgesehen sind in der Leiterplatte bzw. PCB, auf welche die Induktionsspule montiert wird.
Aus Isolationsgründen besteht die Induktionswindung normalerweise aus einem elektrisch leitenden Draht (beispielsweise Kupfer), der umhüllt ist von einer isolierenden Schicht, wie z. B. einer Lackisolierung. Um eine gute elektrische Verbindung zu den Stiften herzustellen, muss die Lackisolierung örtlich weggenommen werden (z. B. zerstört werden), was typischerweise durch Anwendung von Hitze geschieht.
Die zum Stand der Technik gehörenden Anordnungen, wie gerade beschrieben, sind mit einer Anzahl von Nachteilen belastet, die sich im Wesentlichen auf das entsprechende Verfahren beziehen, das an sich langsam ist. Produktionskosten von solchen Baugruppen werden auch nachteilig dadurch beeinflusst, dass Metallstifte benötigt werden; und hinzu kommt der entsprechende Einfügeschritt in den Induktionsspulenkörper die Induktionsspule.
Aus der Produktion der Ing. Norbert Weiner GmbH in Bergneustadt (Deutschland) sind sogenannte Topfboxen bekannt für den Gebrauch mit gedruckten Schaltungsplatten (PCBs), besonders für den Gebrauch als Komponenten für SMD-Befestigung auf einer Leiterplatte (PCB). Dies sind Kunststoffgehäuse, die keine Metallanschlüsse haben. Wenn man diese Anordnungen benutzt, werden Drähte mit den integrierten Kunststofffüßen verbunden. Abhängig von der Drahtstärke werden die eingebundenen Punkte von Drähten fixiert in V-förmigen Schlitzen der Kunststofffüße für deren Umhüllung und um eine eventuelle Verbindung zu der gedruckten Schaltungsplatte (PCB) herzustellen. Diese Lötpunkte sollten vor der Positionierung auf der gedruckten Schaltungsplatte (PCB) blank gebürstet werden. Diese Gehäuse für gedruckte Schaltungsplatten (PCBs) sind als geeignet angezeigt für Filterdrosseln oder ISDN-Komponenten.
Dokument US-A-4 774 756 offenbart eine Haubenspule mit einem elektrisch isolierenden Material, die zwei Endflansche umfasst, mit denen eine Windungsstelle identifiziert wird. Feste Pins sind vorgesehen in dem ersten Flansch, die elektrisch leitend sind.
Ziel und Zusammenfassung der Erfindung
Trotz der Bemühungen, die durch den Stand der Technik bezeugt sind, der im Vorangehenden diskutiert wurde, wird noch ein Bedürfnis nach Induktionsspulen-Montageanordnungen, welche:

– einfach sein können in der Konstruktion und Struktur, während sie eine wandlungsfähige technische Lösung darstellen, und
– es nicht erforderlich machen, wesentliche Änderungen im Layout von gedruckten Schaltungsplatten und der Montageprozedur, die ausgerichtet ist für das Befestigen einer Induktionsspule an einer gedruckten Schaltungsplatte.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drossel bereitzustellen, die den noch unerledigten Bedürfnissen entspricht.
Nach der vorliegenden Erfindung wird das Ziel erreicht durch Mittel für eine Montageeinheit für Induktionsspulen, die die Merkmale aufweisen, die in den folgenden Ansprüchen aufgeführt sind; diese Ansprüche bilden einen integralen Bestandteil der Offenbarung der Erfindung. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein entsprechendes Verfahren für die Herstellung solch einer Montageeinheit.
Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet:

– einen gegossenen Induktionskörper (oder -spule) aus einem elektrisch isolierenden Material (beispielsweise Kunststoff), der eine Endfläche aufweist mit wenigstens einem geformten bzw. gegossenen Stift, der über die Endfläche heraussteht,
– eine Drahtwindung um den Körper, der Draht der Windung weist wenigstens ein Ende auf, das um den wenigstens einen gegossenen Stift gewunden ist, der über die Endfläche herausragt, und
– eine Anhäufung von Lötmaterial, das wenigstens ein Ende der Drahtwindung um den wenigstens einen gegossenen Stift, wobei das Lötmaterial den elektrischen Kontakt zu wenigstens einem Ende des Drahtes herstellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun beispielhaft beschrieben, mit Bezugnahme auf die beigefügten Figuren der Zeichnung, wobei
1 eine schematische Perspektivansicht einer Montageeinheit für eine Induktionsspule entsprechend der Erfindung ist,
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1 ist und
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Montageeinheit von 1 ist.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
In 1 der beigefügten Zeichnung zeigt das Bezugszeichen 1 als Ganzes eine Induktionsspule. Die in Frage kommende Induktionsspule kann beispielsweise eine sogenannte Drossel für den Gebrauch der Störunterdrückung in Motoren für Haushaltsgeräte sein, um Radiofrequenz-(FR-)Störungen auf Radio-, TV-Ausrüstungen und dergleichen zu verhindern. Ein alternatives beispielhaftes Gebiet können elektronische Vorschaltgeräte für Leuchtstoffröhren sein.
Für jene mit Fertigkeiten im Fachgebiet wird sofort zu würdigen sein, dass diese möglichen Anwendungsgebiete nur von beispielhafter Natur sein können und in keiner Weise in einem beschränkenden Sinne des Umfangs der Erfindung ausgelegt werden können; dieser Schutzumfang ist insgesamt allgemein. Tatsächlich kann die Induktionsspule, die hierin betrachtet wird, jeden Typ von Induktionsspule betreffen für den Gebrauch in einem elektrischen/elektronischen Schaltkreis und vorgesehen sein, um auf eine gedruckte Schaltungsplatte (PCB) zusammen mit anderen Schaltungskomponenten (nicht gezeigt) montiert zu werden.
Die Induktionsspulen-Montageeinheit 1, die hierin betrachtet wird, beinhaltet einen Induktionsspulengrundkörper (Hülse oder Spule) 2 aus einem elektrisch isolierenden Material. Im einschlägigen Fall ist ein solches isolierendes Material ein plastisches Material (wie z. B. Polybutylenterephthalat PBTP oder andere wie Polyamid PA, Polykarbonat PC, Polyethylenterephthalat PETP, Flüssigkristallpolymer LCP, Polyphenylsulfid PPS). Solch ein Material ist geeignet, den Körper 2 über ein Gießverfahren herzustellen, wie z. B. Spritzgießen. Kunststoffmaterialien wie PBT haben im Allgemeinen geringe Erweichungstemperaturen im Bereich von 220–240°C.
Der Grundkörper 2 zeigt im Allgemeinen eine rohrförmige Gestalt mit einer axialen Öffnung 2a, die es den Umständen entsprechend ermöglicht, einen Kern, wie einen Ferritkern (nicht gezeigt), aufzunehmen, der in den Grundkörper eingebracht wird, um den Induktivitätswert der Induktionsspule zu erhöhen. Der kreisrunde Körper 2 ist an gegenüberliegenden Enden 20a und 20b mit Flanschausbildungen versehen, deren Zweck mit den folgenden Ausführungen erklärt werden wird.
Integral mit dem Grundkörper 2 (und somit eingeschlossen von demselben elektrisch isolierenden Material, wie z. B. PBT des Grundkörpers 2) ausgebildet sind ein oder mehrere Stifte 200.
Die Stifte 20 stehen von wenigstens einer der Endflächen (hier die Endfläche 20b) des gegossenen Induktionskörpers (oder -spule) hervor. Die Stifte 200 sind so ausgerichtet, dass sie in entsprechende aufnehmende Löcher, die in einer Leiterplatte (nicht gezeigt) vorgesehen sind, eingebracht werden, auf welcher Leiterplatte die Induktionsspule 1 befestigt wird.
Bezugszeichen 3 bezeichnet als Ganzes eine Windung von elektrisch leitendem Draht (wie z. B. Kupfer), der um den Induktionskörper 2 im Bereich zwischen den Flanschausbildungen gewunden ist, die an den Enden 20a und 20b vorgesehen sind. Solche Flanschausbildungen bilden so seitliche (d. h. axiale) Eingrenzungsausbildungen für die Drahtwindung 3.
Aus Isolationsgründen ist der elektrisch leitende Draht der Windung 3 üblicherweise versehen mit einer isolierenden Schicht, wie einer Lackisolierung. Um die Drahtwindung an ihren Enden freizulegen, muss die Beschichtung lokal weggenommen (z. B. gebrochen) werden, was typischerweise durch Anwendung von Hitze geschieht. Eine typische Lackisolierung, die für diesen Zweck benutzt wird, ist eine Polyurethanlackisolierung, welche, um zerstört zu werden, auf eine Temperatur von wenigstens 300°C gebracht werden muss. Es ist anzuerkennen, dass eine solche Temperatur höher ist als die Erweichungstemperatur (220–240°C) des plastischen Materials, aus dem der Grundkörper 2 besteht, einschließlich der Stifte 200, die integral mit diesem ausgebildet sind.
Wie in 1 gezeigt und besser detailliert in der Querschnittsansicht von 2 hat die Drahtwindung 3 um den Grundkörper 2 wenigstens ein Ende 30 (und bevorzugt zwei Enden), die um einen entsprechenden der angegossenen Stifte 200 gewunden sind, die von einer Endseite 20b des Grundkörpers 2 abstehen.
Eine Anhäufung von Lötmaterial 4 befestigt das Ende 30 der Windung 3 um den entsprechenden Stift 200, der integral an den Grundkörper angeformt ist. Das Lötmaterial (typischerweise eine Sn-Pb-Lötmasse, die einen Schmelzpunkt von ungefähr 180°C hat, oder moderne bleifreie Verbindungen, deren Schmelzpunkt variieren kann in Abhängigkeit von den Elementen, die darin eingeschlossen sind, aber im Allgemeinen unter 250°C sind), stellt einen elektrischen Kontakt her mit dem Ende 30 der Windung.
Diese Ausrichtung fuhrt zu einer Stiftstruktur, die einen „Kern" einschließt, der integral an dem gleichen isolierenden (plastischen) Material des Grundkörpers 2 angeformt ist. Diese Struktur beinhaltet auch eine äußere, elektrisch leitende „Umhüllung", die mit dem Ende 30 des Drahtes 3, der um den Stift 200 gewunden wird und eine Anhäufung von Lötmaterial 4 hat, das das Ende 30 um den Stift 200 befestigt, erhalten wird.
Das Herstellungsverfahren, das schematisch wiedergegeben wird durch das Flussdiagramm von 3, beinhaltet in einem ersten Schritt 100 das Gießen bzw. Ausformen des Körpers 2 – und der Stift/die Stifte 200 werden im Gesamten mit ausgebildet. Dies geschieht typischerweise über eine konventionelle Technologie, wie z. B. Spritzgießen, so dass der Körper 2 und jeder Stift 200 integral gegossen werden und somit eingeschlossen sind in einem (einzigen), mit Spritzguss gegossenen Stück.
In einem Schritt 102 wird der Draht 3 um den Körper 2 gewunden. Dies geschieht wiederum unter Zurückgreifen auf automatische Wickeltechnik, die konventionell ist bei der Herstellung von Induktionsspulen. Solch automatische Technik sieht gewöhnlich vor, dass der Körper 2 um eine Hauptachse gedreht wird, während der Draht bemessen und zugeführt wird von einem Abgabekopf, der sich relativ axial um den Körper 2 bewegt. Solch eine Windungstechnik kann leicht erweitert werden in einem Schritt 103 für die Windung des Drahtendes/der Drahtenden 30 um den entsprechenden Stift oder die Stifte 200, wie in 2 gezeigt.
An dieser Stelle wird in einem Schritt 104 das Drahtende 30, das um den Stift 200 gewickelt ist, einer Erhitzung unterzogen (typischerweise über 300°C, wie z. B. eine Erhitzung bei 400°C für 1/10 Sekunde), um den isolierenden Lackdraht aufzubrechen und so örtlich die isolierende Schicht wegzunehmen, um den leitenden Kern an einem Drahtende freizulegen.
Trotz der kurzen Zeit der Anwendung wird die Hitze, die angewendet wird, um die isolierende Lackisolation aufzubrechen, tatsächlich geringfügig das plastische Material des Stiftes 200 erweichen, das eine geringere Erweichungstemperatur hat. Jede unerwünschte Deformation des Stiftes wird jedoch dadurch vermieden, dass das Drahtende 30 ausgebildet ist als eine Art Eingrenzungskäfig, der um den Kunststoffkern des Stiftes 200 herum besteht.
Schließlich wird im Schritt 105 die Weichlotmasse 4 um den Stift 200 und das Drahtende 30, das herumgewunden ist, zur Anwendung gebracht, um die Anordnung wie in 2 gezeigt zu vervollständigen.
Natürlich, ohne Präjudiz hinsichtlich der eigentlichen Prinzipien der Erfindung, können die Details und die Ausführungsformen variieren, auch erheblich in Bezug auf das, was nur im Wege eines Beispiels beschrieben wurde, ohne den Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, zu verlassen.

Claims

Montageeinheit für eine Induktionsspule (1), beinhaltend: – einen gegossenen Induktionsspulengrundkörper (Spule – 2) aus einem elektrisch isolierenden Material, das wenigstens eine Endfläche (20b) mit zumindest einem Stift (200) hat, der über der Endfläche (20b) heraussteht, – eine Drahtwindung (3), die um den Körper (2) gelegt ist, wobei der Draht der Windung wenigstens ein Ende (30) hat, das gewunden ist um den wenigstens einen Stift (200), der von der Endfläche (20b) absteht, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stift (200), der von der Endfläche (20b) herausragt, integral mit dem gegossenen Induktionsspulengrundkörper angegossen ist und aus dem gleichen isolierenden Material besteht, und – eine Ansammlung von Lötmaterial (4) dazu dient, das wenigstens eine Ende (30) des Drahtes (3), der gewunden ist um den wenigstens einen integral angegossenen Stift (200) zu befestigen, wobei das Lötmaterial (4) einen elektrischen Kontakt mit dem wenigstens einen Ende des Drahtes herstellt.
Montageeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material ein Kunststoffmaterial ist.
Montageeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material Polybutylenterephthalat (PBTP) ist.
Montageeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material Polyamid (PA) ist.
Montageeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material Polykarbonat (PC) ist.
Montageeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material Polyethylenterephthalat (PETP) ist.
Montageeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material ein Flüssigkeitskristallpolymer (LCP) ist.
Montageeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material Polyphenylsulfid (PPS) ist.
Montageeinheit nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) und der zumindest eine integral angegossene Stift (200) aus einem Spritzgussstück besteht.
Montageeinheit nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht der Windung (3) beschichtet ist mit einer isolierenden Schicht, wobei die Schicht an wenigstens einen Ende (30) örtlich weggenommen wird.
Montageeinheit nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhäufung von Lötmaterial (4) aus einer Sn-Pb-Lötmasse besteht.
Montageeinheit nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Lötmaterial (4) eine bleifreie Verbindung von Lötmasse enthält.
Montageeinheit nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Ende (30) der Drahtwindung (3) einen Eingrenzungskäfig um den entsprechenden Stift (200) bildet.
Verfahren zur Herstellung einer Montageeinheit einer Induktionsspule (1), welches die Schritte aufweist: – Gießen (100) eines Induktionsspulengrundkörpers (Spule – 2) aus einem elektrisch isolierenden Material (2) mit wenigstens einer Endfläche (20b), wobei der gegossene Körper (2) wenigstens einen Stift (200) aufweist, der von der Endfläche (20b) heraussteht, – Aufwinden (102) eines Drahtes (3) um den Grundkörper (2), wobei die Windung auch Umwindung (103) um wenigstens ein Ende (30) des Drahtes (3) um den zumindest einen Stift (200), der von der Endfläche (20b) herausragt, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter den folgenden Ablauf umfasst: – integrales Gießen des wenigstens einen Stiftes (200), der von der Endfläche (20b) absteht, mit dem gegossenen Induktionsspulengrundkörper, der einen Stift aus dem gleichen isolierenden Material enthält, und Anwendung (105) einer Masse von Lötmaterial (4), um das wenigstens eine Ende (30) des Drahtes (3), der gewunden ist um den zumindest einen integral angegossenen Stift (200), zu befestigen, während elektrischer Kontakt zu dem wenigstens einen Ende des Drahtes hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen (100) ausgeführt wird als Spritzgießen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Windung (102, 103) ausgeführt wird durch Drehen des Grundkörpers (2) um eine Hauptachse, während der Draht (3) zugemessen wird von abgebendem Kopf, der sich relativ axial bewegt um den Grundkörper (2).
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte beinhaltet: – Ausrüsten des Drahtes (3) mit einer hitzeablösbaren isolierenden Schicht und – Unterwerfen (104) des wenigstens einen Stiftes (200), der das wenigstens eine Ende (30) des Drahtes darauf aufgewickelt hat, einem Erhitzen, um lokal die isolierende Beschichtung zu entfernen.