CH682780A5

CH682780A5 - Elektrische Spule und Verfahren zu deren Herstellung.

Info

Publication number: CH682780A5
Application number: CH1938/92A
Authority: CH
Inventors: Edwin Schwaller
Original assignee: Ver Drahtwerke Ag
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1993-11-15

Description

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CH 682 780 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Spule, deren Wicklungen als Leiterbahnen auf einer Trägerfolie angeordnet sind, die in mehreren Lagen zu einer Hülse vereinigt ist.

Eine Spule dieser Art ist zum Beispiel aus der US-PS 4 645 961 bekannt. Diese weist beidseitig einer Trägerfolie angeordnete, als Einzelspulen ausgebildete Leiterbahnen auf, die jeweils durch die Trägerfolie hindurch kontaktiert sind. Die Herstellung derartiger Spulen ist ausserordentlich aufwendig. Die vielen Durchkontaktierungen durch die Trägerfolie hindurch bedingen einen grossen Herstellungsaufwand und stellen Schwachpunkte im Betrieb und in der Hersteilung dar. Es ist kaum zu vermeiden, dass einzelne dieser Kontakte insbesondere dann beeinträchtigt werden, falls die Trägerfolie beim Aufwickeln unter einen gewissen Zug gesetzt würde. Aus diesem Grund ist diese Spule nicht in sich formstabil ausgebildet, sondern in einer Traghülse angeordnet.

Es stellt sich auf diesem Hintergrund die Aufgabe, eine Spule der genannten Art so auszugestalten, dass sie auf rationelle Weise formstabil und formgetreu herstellbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Patentansprüchen genannten Massnahmen.

Bei der erfindungsgemässen Spule sind die Leiteriagen durchgehend durch jeweils eine Folienlage getrennt, welche den Verbund zwischen den Leiterlagen bilden. Die Kontaktierung zwischen den Leitern erfolgt an wenigen Stellen an den Enden der Trägerfolie und vorzugsweise ohne deren Durchbrechung. Diese Anordnung kann unter Zug zu einer Hülse gewickelt werden, ohne dass die Gefahr eines Kontaktbruches besteht. Dies wiederum erlaubt es, den Verbund zwischen den Leiterlagen und den Folienlagen im gewickelten Zustand durch blosse Wärmeeinwirkung zu erzielen. Die unter Zug stehenden Folienlagen bilden durch die aufschmelzenden Heisskleber-Schichten einen Verbund mit den Leiterbahnlagen. Insbesondere kann die Herstellung damit trocken, d.h. ohne Anwendung von flüssigen Klebstoffen oder Imprägnierflüssigkeiten erfolgen. Die fertige Spule ist nach dem Abbinden der Heiss-kleber-Schichten formstabil und kann mit kleinen Masstoleranzen hergestellt werden, da ein Verbund gebildet wird, während sich die Spule auf dem Wik-keldorn befindet.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Leiter-bahn-Anordnung auf einer Trägerfolie;

Fig. 2 eine Aufsicht auf das innere Ende der Trägerfolie mit den darauf angeordneten Leiterbahnen und ihren Anschlüssen;

Fig. 3 eine entsprechende Aufsicht auf das äussere Ende der Trägerfolie;

Fig. 4 ein Schaltschema der Leiterbahnanordnung der Spule;

Fig. 5 eine Aufsicht auf die gewickelte Spule;

Fig. 6 eine achsiale Ansicht der gewickelten Spule;

Fig. 7 eine Seitenansicht der gewickelten Spule;

Fig. 8 einen Ausschnitt des Wickeldorns zum Wickeln der Spule bei geöffnetem Spanndorn;

Fig. 9 einen Ausschnitt des Wickeldorns von Fig. 8 bei geschlossenem Spanndorn;

Fig. 10 eine schematische Darstellung der Folienanordnung vor dem Wickeln der Spule, und

Fig. 11 eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 7 durch die fertig gewickelte Spulenwand.

In den Fig. 1 bis 4 ist zunächst die Trägerfolie 1 mit den darauf angeordneten Leiterbahnen 2 in der Abwicklung bzw. als elektrisches Schaltschema gezeigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Leiterbahnen 2 jeweils vier parallel geführte Leiter h bis I4 auf, die an der Oberseite der Trägerfolie 1 angeordnet sind, sowie vier parallel geführte Leiter V bis U', die an deren Unterseite angeordnet sind. Die Leiterbahnen erstrecken sich mäanderför-mig über die Länge der Trägerfolie, wobei die Leiter in Form einer Rechteckskurve angeordnet sind, deren lange Schenkel senkrecht zur Folienausdehnung ausgerichtet sind. Im vorliegenden Beispiel sind die langen Schenkel der Leiterbahnen h bis I4 an der Oberseite exakt auf diejenigen der Leiterbahnen h' bis I4' an der Unterseite der Trägerfolie 1 ausgerichtet, wie in Fig. 1 angedeutet. Die entsprechenden Induktionsspannungen werden demnach in den oberen und unteren Leiterbahnen gleichphasig erzeugt. Die einzelnen Leiterbahnen Ii bis I4 und h' bis U' sind untereinander so verbunden, dass eine Serieschaltung entsteht, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Bei einer Anzahl n der Leiter, einer Anzahl Z senkrecht zur Folienausdehnung verlaufender Leiterbahnen pro Wicklung (Polzahl) und einer Anzahl W Wicklungen ergibt sich eine totale Windungszahl von n.Z.W der Spule 15. Im vorliegenden Beispiel beträgt n = 8; Z = 10 und W = 8, was einer Windungszahl von 640 entspricht. Die Verbindung der Leiter h bis I4 und h' bis I4' zu einer Serieschaltung erfolgt an den beiden Enden der Trägerfolie 1, wie sich insbesondere aus den Fig. 1 bis 3 ergibt (vgl. auch Fig. 4). Die Trägerfolie 1 ist dabei nicht durchbrochen, sondern die Kontaktierung erfolgt am Rand. Am inneren Ende der Trägerfolie befinden sich die Anschlüsse Ai und A2, an denen die Spannung abgegriffen wird sowie die Verbindungsstellen Ki zwischen den vorderseitigen Leiterbahnen Ii', I2', I3'. Entsprechend befinden sich am äusseren Ende der Trägerfolie 1 die Verbindungsstellen K2 zwischen den vorderseitigen Leiterbahnen h bis Ì4 und den rückseitigen Leiterbahnen h' bis I4' (vgl. dazu Fig. 4). Die Verbindungsstellen sind so angeordnet, dass sie auf der fertig gewickelten Spule 15 im selben Sektor liegen und zueinander versetzt sind (Fig. 5, 6).

Mit zunehmender Windungszahl der Spule nimmt der jeweilige Wicklungsumfang L zu. Dies ist bei der Anordnung der Leiterbahnen auf der Trägerfolie dadurch berücksichtigt, dass sie mit zunehmendem Abstand vom inneren Ende der Trägerfolie um einen Faktor pro Längeneinheit gestreckt ist. Dabei ist der Einfluss der noch zu beschreibenden Zwi-

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schenfolie berücksichtigt, so dass in gewickeltem Zustand die Leiterbahnen in den verschiedenen Lagen exakt aufeinander ausgerichtet sind. In Fig. 2 ist eine Windungslänge L im Bereich des inneren Ende der Trägerfolie zwischen zwei Justiervorsprüngen 3 der Folie eingezeichnet. Die Justiervorsprünge 3 liegen in gewickeltem Zustand der Spule alle übereinander (Fig. 7).

Der Aufbau der Trägerfolie 1 ergibt sich aus der Fig. 11, welche einen Ausschnitt im Massstab 100 : 1 zeigt. Sie besitzt einen Polyesterträger 4 (25 (im), der beidseitig mit einer Heisskleberschicht 5 (je 12 jim) versehen ist. Die beidseitig angeordneten Leiterbahnen 6 aus Kupfer haben eine Dicke von ca. 100 um und werden mit der Heisskleberschicht auf dem Polyesterträger 4 gehalten. Zwischen zwei Trägerfolien 1 mit den Leiterbahnen befindet sich jeweils eine Isolationsfolie 7. Diese besteht ebenfalls aus einer Polyesterschicht 8 mit beidseitig angeordneten Heisskleberschichten 9.

Bei der Herstellung der Spule wird die Trägerfolie 1 zusammen mit der zunächst losen Isolationsfolie 7 unter Zug zu einer Spule 15 gewickelt. Durch Wärmeeinwirkung wird anschliessend zwischen den Schichten ein Verbund hergestellt. Nachfolgend wird der Herstellungsvorgang anhand der Fig. 8 bis 10 näher erläutert.

Fig. 10 zeigt zunächst das innere Ende der Folienanordnung vor dem Wickeln. Die Trägerfolie 1 weist dabei auf der der Isolationsfolie 7 gegenüber liegenden Seite eine Deckfolie 10 auf und zwar über eine Länge, die etwa einem Spulenumfang L entspricht. Diese Deckfolie 10 liegt im gewickelten Zustand im Spuleninnern und stellt die Isolation der Leiterbahnen gegen innen sicher. Ferner dient sie als Trennfolie, welche es erlaubt, die fertige Spule 15 leicht vom Wickelkern abzuziehen. Sie ist deshalb wärmebeständig über die Temperatur hinaus, die zum Polymerisieren der Heisskleber-Schichten erforderlich ist. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist (vgl. auch die Fig. 2 und 3), ist am Anfang und am Ende der Trägerfolie je ein Stück ohne Leiterbahnen vorgesehen. Diese kommen im gewickelten Zustand in der Hülse übereinander zu liegen. Wegen ihrer geringeren Dicke wird damit sichergestellt, dass die Hülsenwandung im Überlappungsbereich im wesentlichen gleich dick ist wie an ihrem restlichen Umfang.

Am inneren Ende ist die Deckfolie 10 vorzugsweise mit der Trägerfolie 1 und/oder der Isolationsfolie 7 verbunden, um ein Greifende 11 zu bilden, das zum Aufspannen der Folienanordnung auf einen Wickeldorn 12 dient. In den Fig. 8 und 9 ist der Wickeldorn 12 mit innenliegendem Spanndorn 13 ausschnittweise dargestellt. Fig. 8 zeigt den Zustand, in welchem der Spanndorn 13 offen ist. In eine Nut 14 kann dann das Greifende 11 der Folienanordnung eingelegt werden. Am Spanndorn 13 ist eine Spannzone 16 zum Festspannen des Endes der Folienanordnung vorgesehen, wie in Fig. 9 gezeigt. Dazu wird der Spanndorn 13 im Wickeldorn 12 gedreht, so dass das Ende der Folienanordnung mittels der Spannzone 116 zugfest geklemmt wird. In diesem Zustand kann der Wickelvorgang auf den Wickeldorn unter konstanter Zugkraft erfolgen. Nach abgeschlossener Wicklung wird der Spanndorn 13 geöffnet, so dass sich wieder die Situation von Fig. 8 einstellt. Nun wird das Greifende 11 durch Drehen des Spanndorns gegenüber der gewickelten Spule um einen entsprechenden Winkel, z.B. 90°, aus der Nut 14 herausgezogen und innen an die gewickelte Spule 15 angelegt, womit der eigentliche Wickelvorgang abgeschlossen ist.

Anschliessend erfolgt die Herstellung des Verbundes der Folien durch Wärmeeinwirkung. Dazu verbleibt die Spule 15 vorzugsweise auf dem Wik-keldorn, welcher die Innenform der Spule exakt festlegt. Zur Festlegung ihrer Aussenform wird an den Aussenumfang ein zylindrisches Formgebungsorgan angelegt. Dies kann z.B. eine Hülse oder ein zylindrisches Backenwerkzeug sein. Im beidseitig eingespannten Zustand wird die Spule dann auf eine Temperatur erhitzt, welche die Polymerisierung der Heisskleber-Schichten auslöst, was z.B. bei 150°C erfolgt. Damit ergibt sich zwischen den Lagen der gewickelten Spule ein gegenseitiger Verbund, welcher sowohl die Form der Spule als auch die Lage der Leiter innerhalb der Spule stabilisiert. Nach dem Auskühlen wird die Spule vom Wickeldorn abgezogen,, wozu die Deckfolie 10 an der Spuleninnenseite vorgesehen ist, die ein Verkleben mit dem Wickeldorn verhindert. Dieser kann selbst mit einer Antihaftschicht, z.B. aus Teflon, versehen sein.

Wie sich aus der Beschreibung ergibt, findet das Herstellungsverfahren trocken statt. Es sind weder flüssige Kleb-, noch flüssige Siegelstoffe notwendig, was die Herstellung wesentlich vereinfacht. Da der Verbund der Folien auf dem Wickeldorn erfolgt, ist eine massgetreue Herstellung sichergestellt.

Es versteht sich, dass die Spule mit abweichender Polzahl und/oder Windungszahl hergestellt werden kann und sich damit der jeweiligen Anwendung anpassen lässt. Die fertige Spule kann z.B. als Generatorspule in einer dynamoelektrischen Maschine eingesetzt werden. Sie eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen es auf ein geringes Gewicht und präzise Spulenabmessungen ankommt. Eine bevorzugte Anwendung ist in einem Fahrraddynamo.

Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Spule, wobei als Wicklung mehrere Leiterbahnen (2) auf einer Trägerfolie (1) angeordnet sind, welche in mehreren Lagen zu einer Hülse vereinigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede der Leiterbahnen (2) im wesentlichen über die ganze Länge der Trägerfolie (1) erstreckt, und dass die Trägerfolie (1) so zu einer Hülse gewickelt ist, dass zwischen benachbarten Leiterbahnlagen jeweils eine durchgehende Folienlage (1; 7) liegt, welche mit den benachbarten Leiterbahnlagen einen Verbund bildet, um eine formstabile Hülse zu bilden.

2. Elektrische Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (2) beidseitig auf der Trägerfolie (1) angeordnet sind, und diese mit einer isolierenden Zwischenfolie (7) zu einer

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Hülse gewickelt ist, wobei die Folienlage zwischen benachbarten Leiterbahnen (2) abwechselnd durch die Trägerfolie (1) und die Zwischenfolie (7) gebildet ist.

3. Elektrische Spule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (h bis U) der einen Seite und die Leiterbahnen (h' bis I4') der anderen Seite ausschliesslich am Anfang und am Ende der Trägerfolie (1) miteinander verbunden sind.

4. Elektrische Spule nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie (1) und gegebenenfalls die Zwischenfolie (7) beidseitig mit einer Heisskleber-Schicht (5; 9) versehen sind, welche nach Wärmeeinwirkung im gewickelten Zustand den Verbund mit den Leiterbahnlagen (2) bildet.

5. Elektrische Spule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen mehrere, parallel verlaufende Leiter (Ii bis U; Ii' bis I4') aufweisen, wobei sich jeder Leiter in einer Rechteckkurve über die Länge der Trägerfolie (1) erstreckt und wobei die Abmessung dieser Anordnung in Längsrichtung der Trägerfolie um einen Faktor pro Längeneinheit gestreckt ist, welcher der Umfangszunahme der gewickelten Trägerfolie auf der Hülse entspricht.

6. Elektrische Spule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (h bis U; h' bis U') der Leiterbahnen am Anfang und am Ende der Trägerfolie zur Bildung einer Serieschaltung verbunden sind.

7. Verfahren zur Herstellung der Spule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie unter Zugspannung auf einen Wickeldorn (12) gewickelt wird, derart, dass die Leiterbahnen (2) in den verschiedenen Lagen aufeinander ausgerichtet sind, und dass nach erfolgter Aufwicklung durch Wärmeeinwirkung der Verbund zwischen den Leiterbahnlagen und den Folienlagen hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Leiterbahnen (2) beidseitig auf der Trägerfolie (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie sowie eine Zwischenfolie (7) mit einem Ende, welches auf der Hülseninnenseite zu liegen kommt, in einem Wickeldorn (12) eingespannt auf den Wickeldorn zu einer Hülse gewickelt werden und dass die Hülse während oder nach abgeschlossener Wicklung auf dem Wickeldorn einer Wärmeeinwirkung unterworfen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite der Trägerfolie (1), welche von der Zwischenfolie (7) abliegt, eine Isolationsschicht (10) angeordnet ist, deren Länge etwa dem Hülseninnenumfang entspricht und welche beständig gegen die Wärmeeinwirkung ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Wickeldorn (12) ein Spanndorn (13) zum endseitigen Einspannen der Träger- bzw. Zwischenfolie angeordnet ist, wobei das eingespannte Ende nach abgeschlossener Wicklung vom Spanndorn gelöst und durch relatives Drehen von Hülse und Wickeldorn (12) an die Hülseninnenseite angelegt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis

10, dadurch gekennzeichnet, dass während der Wärmeeinwirkung ein zylindrisches Formgebungswerkzeug an den Aussenumfang der auf dem Wik-keldorn gewickelten Hülse angelegt wird, um deren äussere Form festzulegen.

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