EP4139944A1 - Spule und verfahren zur herstellung der spule - Google Patents

Spule und verfahren zur herstellung der spule

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EP4139944A1
EP4139944A1 EP21717067.9A EP21717067A EP4139944A1 EP 4139944 A1 EP4139944 A1 EP 4139944A1 EP 21717067 A EP21717067 A EP 21717067A EP 4139944 A1 EP4139944 A1 EP 4139944A1
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EP
European Patent Office
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coil
connection area
tube
inductive
section
Prior art date
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EP21717067.9A
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English (en)
French (fr)
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EP4139944B1 (de
EP4139944C0 (de
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Stephan BÜHLMAIER
Anneliese Drespling
Galdeano Felipe JEREZ
Joachim Sorg
Herbert Lux
Gerhard Proks
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TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Publication date
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Publication of EP4139944B1 publication Critical patent/EP4139944B1/de
Publication of EP4139944C0 publication Critical patent/EP4139944C0/de
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    • H01F2017/048—Fixed inductances of the signal type with magnetic core with encapsulating core, e.g. made of resin and magnetic powder

Definitions

  • the invention relates to a coil, comprising a tube made of conductive material, and a method for producing the coil.
  • a weak point can be the connection of the wire to a contact element which is required for external contacting.
  • the connection which is usually realized with welds or soldered points, can have an at least slightly increased resistance due to the alloy used, which contains copper, tin or nickel, or due to contamination with oxygen.
  • the resistance can be considerably increased. This can result in a high contact resistance, which causes a high power loss.
  • an increased thermal load can also occur at this point, which in a harmless case can lead to failure of the coil or, in the case of serious consequences, to a fire.
  • the configuration of the contact and the supply line of the coils has a serious effect on the electrical properties of the coil.
  • the large ratio of the dimensions of the supply lines to the dimensions of the Coil has a considerable effect on the properties of the coil as an electronic component.
  • the object of the present invention is to provide a coil with improved properties.
  • a further object of the present invention is to provide a manufacturing method for a coil.
  • the present object is achieved by a coil according to claim 1. Further embodiments of the coil and a method for producing the coil can be found in the further claims.
  • a coil which has a tube with a tube wall made of an electrically conductive material, the tube having an inductive section in which a gap is arranged in the tube wall which forms the tube wall in the inductive section into a helix, and wherein the tube has at least one contact section having a connection area and at least one connection area, the connection area having the same contour as an adjoining section of the coil, and the connection area forming an electrical connection of the coil, the connection area being the connection area with the inductive section electrically connects .
  • An elongated hollow body can be referred to as a tube which has an opening which extends from a first end of the body through the entire body to a second end which is opposite the first end.
  • the tube can be symmetrical about its longitudinal axis, the longitudinal axis extending from the center of a base at the first end to the center of a base at the second end.
  • the tube can have a circular, oval or rectangular cross section. However, other cross-sections are also possible.
  • a helical structure can be referred to as a helix.
  • the helix can in particular form turns of the coil.
  • the tube can in particular have a helical gap in the tube wall, as a result of which the turns of the coil are formed from the tube.
  • the tube is made of a conductive material.
  • a conductive material is understood to mean materials with a conductivity of more than 10 4 S / m, but in particular materials with a conductivity of more than 10 5 S / m or more than 10 6 S / m. Materials with a very high conductivity, for example metals such as copper, aluminum, silver or gold, can be suitable for this.
  • Industrial steels such as carbon steel, stainless steel, alloy steel or tool steel can also be suitable as starting material for pipe.
  • the tube has the inductive section and at least one contact section.
  • the inductive section can form an inductance due to the coil formed by the gap.
  • the inductive section and the contact sections are formed in one piece from a material of the tube wall.
  • no connection partners such as solder, are required.
  • the inductive section and the contact section can be formed by a corresponding structuring of the pipe wall and remain connected to one another by the pipe material.
  • the coil has the advantage that no internal connection points are required to connect an inductance to a connection. Rather, the inductive area and the contact area can be formed integrally.
  • the coil has a lower total resistance than a coil, which requires internal connection points to connect an inductance to a terminal.
  • the pipe does not have to be round in cross-section for this, but can, for example, be oval, square, rectangular, polygonal, square with rounded corners, rectangular with rounded corners or polygonal with rounded corners.
  • a square cross-section offers the advantage of optimal utilization of the available installation space with a given height or width.
  • the base area of the tube can be flat, ie the expansions of the tube that span the base area, large compared to the expansion into a height, and the height can be small. Or the pipe can have a small footprint with a considerable height.
  • a flat and flat shape can be advantageous.
  • a tubular shape may be advantageous which has a small base area but a significant height.
  • the connection area has the same contour as the adjacent area of the coil. It is therefore possible to dispense with a deformation of the connection area, which would be transferred to the directly connected helix.
  • Deformation means, in particular, bends and embossings.
  • a force acting on the connection area has a direct effect as a bending moment on the inductive section and leads to a deformation of the helix.
  • the pitch of the helix which means the regularity of the turns and the gaps in the helix, can deteriorate even with a small force acting on the connection area.
  • a helix can thereby have a smaller gap width on one side and a larger gap width on the opposite side.
  • a stronger force in the connection area can also easily cause a short circuit in the helix, since turns of the helix, especially those close to the connection area, can be bent together and then touch.
  • the contour is understood to mean an external shape which the region or section of the helix has when viewed in a direction parallel to the longitudinal axis of the tube. For example, if the pipe is square and the connection area is on a straight side of the square, the connection area is also straight. If the adjacent section of the helix has a corner, the contour of the corner will also be present in the connecting section. In the case of a round tube, the connecting section accordingly has the contour of a segment of a circle. An adjacent section of the helix and the connecting area that have the same contour have, can in particular be arranged parallel to one another.
  • a transition from the connection area to the inductive section can be straight in a direction of a longitudinal axis of the pipe.
  • a weakening of the material at this point can be avoided, thus preventing breakage.
  • a straight transition avoids a change in the path or curvature of a flowing current, thus avoiding unplanned inductances in the coil.
  • the inductive region can preferably have no deformation. Since the connection area has the same contour as the adjoining section of the helix, there is no need to deform the connection area and thus to dispense with a force acting on the connection area. An action of force on the connection area, which also leads to a deformation of the connection area, can easily lead to deformations within the helix. Even a small deformation of the inductive area can lead to changes in the pitch, which characterizes the coil to gap ratio and the regularity of the turns of the coil, and to variations in the electrical properties of the coil, which means that it no longer meets the planned requirements. Stronger deformations can compress individual turns of the helix and thus even lead to a short circuit in the coil.
  • connection area can be formed by deforming the pipe wall. In this way, an integral construction of the coil from the connection area up to and including the inductive section can be implemented and a series resistance of the coil can be kept low.
  • connection area and the connection area can be in a plane which is perpendicular to a longitudinal axis of the pipe.
  • Connection areas arranged in this way do not lengthen the dimensions of the entire coil, since the connection area does not adjoin the connection area in the direction of the longitudinal axis of the pipe.
  • the entire coil length can thus be kept short relative to the helix and a favorable form factor can be achieved for the coil.
  • connection area can have a flat surface which forms a solderable connection.
  • the coil can in particular be designed to be soldered onto a conductor track, for example a circuit board.
  • the inductive section can be spaced apart from a support surface by part of the connection area. This has the advantage of mechanical and thermal insulation of the inductive area from a support surface on which the coil is mounted. This inhibits the transmission of vibrations from the coil or heat to a mounting surface such as a circuit board.
  • the magnetic field of the coil is also less strongly influenced by a spaced-apart mounting surface, so that the coil has electrical properties as expected.
  • the spacing of the coil from a support surface ensures that sufficient magnetic material can also be arranged between the coil and the support surface. In this way, the coil can be enveloped evenly by the magnetic material, with which a uniform magnetic field can be generated around the coil and the coil is additionally protected from all sides.
  • the inductive section can be spaced apart, for example, by means of L-shaped connection areas.
  • a vertical part of the L-shaped connection area acts as a spacer and a horizontal part can be the flat surface for electrical contacting.
  • the vertical part of the connection area separates the inductive section of the coil from a mounting surface, such as a printed circuit board, to which the coil can be electrically connected via the horizontal part.
  • the coil can have a magnetic core.
  • a ferromagnetic core for example, can ensure a higher magnetic flux density in the coil and an increased inductance of the coil.
  • Suitable materials for the core can be the metals nickel zinc, manganese zinc and cobalt, as well as other alloys.
  • the core is not limited to cores arranged exclusively inside the coil, but also includes cores which form the core integrally as part of a modular coil housing.
  • the embodiment of a coil with a modular coil housing can improve the electromagnetic compatibility of the coil. By using, for example, an EP core as the housing, the electromagnetic shielding can be achieved through the housing, especially at high frequencies Applications, are improved and the electromagnetic compatibility is increased.
  • the pipe can be embedded in a plastic in order to protect the pipe against mechanical influences, but also against temperature and chemical influences.
  • Epoxy resin, phenyl resin, but also silicones are suitable as plastics.
  • Powder with magnetic properties such as iron powder, or magnetic nanoparticles can be mixed into the plastic.
  • the inductance of the coil can be increased and the electrical properties improved.
  • the inductance can be adjusted via the proportion of magnetic particles in the plastic.
  • the coil can furthermore also have a magnetic core when it is embedded in a plastic, regardless of whether it contains a proportion of magnetic powder, in order to increase the inductance of the coil.
  • the coil can have an outer diameter of 0.2 to 50 mm.
  • the outside diameter of the coil can preferably be in the range between 0.5 and 20 mm. This size is particularly suitable for providing coils that are suitable for Applications on a printed circuit board is suitable.
  • the outside diameter should not be smaller than 0.2 mm, preferably not smaller than 0.5 mm, since otherwise such a small coil would be produced that the automatic parts handling would be associated with considerable technical difficulties.
  • the outside diameter should not be larger than 50 mm, preferably not larger than 20 mm, since otherwise the manufacture of the coil from a tube appears uneconomical.
  • the coils can in particular be the coils described above.
  • the at least two coils are arranged in a common housing.
  • the housing can be formed by a plastic in which both coils are embedded.
  • the two coils can be arranged spatially parallel to one another.
  • the coils are preferably arranged in such a way that the coils can be electrically contacted individually and are not interconnected in the module.
  • the coils can be connected to one another electrically in parallel or in series in order to give the entire module a desired inductance. In this way it is possible to assemble a module from several coils in such a way that the entire module has a higher or lower inductance than the individual coils.
  • the use of the module can shorten the assembly of a printed circuit board with a large number of coils and thus lead to a cycle time reduction in a manufacturing process.
  • the module instead of a multitude of individual When assembling the coils, for example with a pick-and-place machine, only one module, instead of several individual coils, has to be positioned on the circuit board. The module can thus simplify a subsequent process in which the module is installed.
  • the arrangement of several coils within a module saves space compared to the arrangement of several individual coils next to one another.
  • the coil can in particular be the previously described coil.
  • the method comprises the following steps: a. Providing a pipe with a pipe wall made of an electrically conductive material, and b. Generating a gap in an inductive section of the tube, the gap in the inductive section forming the tube wall into a helix, and the shaping of at least two sections of the tube into contact sections, c. Deforming a first part of the contact sections to each at least one connection area, wherein a second part of the contact sections maintains the shape of the pipe wall and forms a connection area, the connection area electrically connecting the connection area to the inductive section.
  • the inductance of the inductive section can only be created by creating the gap.
  • the gap can be a cutting gap that is generated with a laser.
  • the shape of the contact section can also be produced with a laser, in particular in a laser process together with the production of the gap.
  • a laser process is suitable for creating the gap in the inductive sections, but also for creating a recess in the contact sections of the pipe.
  • the laser process has the advantage of being flexible and fast.
  • the laser process has the advantage of not generating any mechanical stress, as it works without contact and leaves little residue.
  • Further alternatives for creating the gap can be, for example, a milling process, a sawing process or water jet cutting.
  • Step b above. may have a further substep, wherein a recess is formed in the contact section of the pipe by removing a region of the pipe wall.
  • the recess in the contact section of the tube and the gap in the inductive area can be produced together in a single process step. Accordingly, the entire step b. can be produced in a single process step, for example by means of laser cutting.
  • connection area can be formed by deforming the first part of the contact section in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the tube. Since the connection area is not in one direction of the The longitudinal axis of the pipe is deformed, the deformation of the connection area in the direction perpendicular to the longitudinal axis does not extend the coil.
  • a connection area that extends predominantly in a direction perpendicular to the longitudinal axis of a pipe can avoid increasing the length of the entire coil too much compared to the length of the inductive section or the helix.
  • a first part of the contact sections can be formed into a connection region by a stamping process.
  • Forming, such as a bend or an embossing, with the help of a stamping process is efficient, reliable and reproducible.
  • a second part of the contact sections which can become the connection area through the stamping process, can be supported by a counter-stamp or a support surface during the stamping process, so that no bending forces act on the second part during the stamping process.
  • the counter punch can be adapted in shape to the contour or outer shape of the pipe. Since no bending moment acts on the connection section, the connection area retains the contour of the pipe wall from which it is formed and is therefore the same as the contour of the adjacent inductive section. A force acting on the inductive section, which would lead to an undesired deformation of the inductive section, is also avoided. Even a slight deformation of the inductive section can result in a change in the electrical properties of the coil.
  • connection area can even lead to a short circuit in the inductive area, in that two adjacent windings of the helix touch each other as a result of the force acting.
  • a coil strand can be generated by generating several inductive sections along the tube, in each of which a gap is generated which forms the tube wall into a helix in the respective inductive section, and a contact section is formed between two inductive sections.
  • a first part of the contact sections can each be formed into at least one connection area, and a second part of the contact sections retain the shape of the pipe wall and form a connection area, the connection area electrically connecting the connection area to the inductive section.
  • Such a coil train can optimize the handling of the coils in production. Several coils can be processed at the same time, which in turn can lead to a reduction in cycle times in production. In addition, material can be saved by creating several inductive sections in one pipe.
  • connection area can be formed by deforming the pipe wall in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the pipe.
  • a deformation of the pipe wall to form a connection area in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the pipe makes it possible to form a connection area without causing a change in length of the coil strand, be it an expansion or compression.
  • a deformation in a direction parallel to the longitudinal axis would inevitably result in a change in the length of the coil strand.
  • a coil strand shaped in this way therefore retains its defined overall length, despite the deformation process for the connection area.
  • the handling of the coil strands is improved because the same dimensions and therefore the same framework conditions can be assumed in different manufacturing steps in the process line.
  • a constant length of the coil strands over the entire production is particularly advantageous in the manufacturing process, since no additional measurements or new input of the framework conditions are necessary in various production steps, such as the separation of the coil strand.
  • a separation of the coil strand take place perpendicular to the longitudinal axis of the tube between two inductive sections.
  • a coil strand can then be separated into several coils.
  • the coils can be divided up individually so that only one inductive section with two adjacent contact sections is generated at a time.
  • coils or coil strands can be embedded in plastic and thus form a package.
  • the coils or coil strands can already have a magnetic core at this point. It is advantageous here to arrange the coil strands parallel to one another before embedding. By embedding multiple strands of coils at the same time and not individually, the Manufacturing process can be accelerated.
  • the plastic protects the coils from mechanical, temperature and chemical influences. Powder with magnetic properties or magnetic nanoparticles can also be mixed into the plastic. With the addition of magnetic particles to the plastic, the inductance of the coil can be increased and also adjusted via the proportion of magnetic particles in the plastic.
  • magnetic cores in the coil strands or the coils. This can increase the inductance of the coils or coil strands.
  • an arrangement of the cores in the coil strands before embedding in a plastic makes it possible to produce coils with a magnetic core, which are embedded in a plastic, which can also have magnetic components. This can increase the inductance and electromagnetic compatibility of the coils.
  • the coils After embedding several parallel coil strands in a package, the coils can be separated transversely and parallel to the longitudinal axis of the coil strands. It is advantageous here to lead the dividing line through the contact sections of the coils. The package is thus separated into individual coils. It is possible to separate the package first across and then in parallel, and to separate the package first in parallel and then across.
  • Another aspect relates to a method for producing a module.
  • the package which has a plurality of coil strands arranged in parallel, can be separated transversely to the longitudinal axis of the strands. With this option, too, it is advantageous to have the dividing line through the contact sections of the coils respectively. There is no separation into individual coils parallel to the axis.
  • the module has at least two coils in a common housing, the tube having a contact section which is divided into a connection area and a connection area.
  • the process of making the module has the following steps:
  • Figure la shows a three-dimensional representation of a possible embodiment of a pipe.
  • Figure lb shows a three-dimensional representation of a possible second embodiment of a pipe.
  • Figure 2 shows a three-dimensional representation of a coil strand.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional representation of an intermediate product in the production of a coil from the coil strand.
  • FIG. 4 shows a three-dimensional representation of a coil according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a three-dimensional representation of several coil strands which are embedded in plastic to form a package.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional representation of a coil that has been embedded in plastic and is an individual component ready for use.
  • a tube 2 is shown, each with a round and a rounded square cross-sectional area.
  • a tube 2 is an elongated hollow body having an opening that extends from a first end of the body through the entire body to a second end opposite the first end.
  • the tube 2 can be symmetrical to its longitudinal axis 3, the longitudinal axis 3 extending from the center of the base at the first end to Extends center point of the base of the second end.
  • the tube 2 can have a circular, oval, rectangular or polygonal cross-sectional area. Other cross-sections are also possible.
  • the tube 2 can have an outside diameter of 0.2 to 50 mm.
  • the outer diameter of the tube 2 can preferably be in the range between 0.5 and 20 mm. This size is particularly suitable for producing coils 1 which are suitable for applications on a printed circuit board.
  • the pipe wall 6, the thickness of which is determined by the distance between the inner radius and the outer radius of the pipe 2, can vary greatly depending on the pipe 2 used, with a thickness of less than 1 mm being advantageous for machining.
  • the jacket surface 5 of the tube 2 runs along the outer radius in the direction of the longitudinal axis 3.
  • the tube 2 consists primarily of an electrically conductive material.
  • the tube 2 represents a starting material that is used in the manufacture of a coil 1.
  • the tube 2 shown in FIG. 1 a can initially be structured into a coil strand.
  • Figure 2 shows the coil strand.
  • the tube 2 can in particular be structured by a laser process in which inductive sections 7 and contact sections 8 are formed in the tube 2. The inductive sections 7 and the contact sections 8 alternate along the tube 2.
  • a gap 4 is created which penetrates a pipe wall 6 and forms the pipe wall 6 into a helix. This creates an inductance of the inductive sections 7.
  • the contact sections 8 are in the course of the manufacturing process in part Connection area 11 is reshaped, with another part of the contact section becoming a connection area 10. During the structuring of the tube 2, a recess is formed in the contact sections 8, a part of the tube wall 6 being removed.
  • the handling of the bobbins 1 in production is optimized by the bobbin train. Several coils 1 can thus be treated at the same time, which leads to a cycle time reduction in production. In addition, by producing a plurality of inductive sections 7 in a tube 2, material can be saved.
  • the inductive sections 7 are integrally connected to one another by the contact sections 8 and do not have any unnecessary contact resistance between one another.
  • the different inductive sections 7 of the coil strand can have different or the same inductances. It is thus possible to produce different coils 1 from a tube 2, the inductance of which can be varied in each case, and which are therefore suitable for a wide variety of applications.
  • the inductances can be varied, for example, via the number of turns formed with the gap 4 or with the spacing of the gap 4 in the direction of the longitudinal axis 3 after one revolution around the tube 2, which corresponds to the width of the turns.
  • the columns 4 shown are the same and consequently the inductance of the individual inductive sections 7 are also the same.
  • FIG. 3 shows a three-dimensional representation of an intermediate product in the production of a coil 1 from the coil strand. The coil strand was separated along dividing lines 12 which run transversely to the longitudinal axis 3 of the coil strand.
  • the coil 1 has a tube 2 made of electrically conductive material, a gap 4, which runs along a jacket surface 5 and around the longitudinal axis 3 of the tube 2, was created and thus forms an inductive section 7.
  • the entire tube 2 can be structured in such a way that only a single inductive section 7 and two contact sections 8 adjoining this result. Accordingly, the tube 2 can be structured into the intermediate product shown in FIG. 3, the tube 2 being cut to a suitable length.
  • the contact section 8 and the inductive section 7 are directly connected to one another.
  • the contact section 8 and the inductive section 7 are formed integrally and in one piece from the structured tube wall 6.
  • FIG. 4 shows the coil 1 after a first part of the contact sections has been bent into two connection areas 11 with the aid of a stamping process, a non-deformed second part of the contact sections forming the connection area 10.
  • the second part of the contact sections was supported by a counter-stamp or a support surface in order not to allow any bending forces or moments to act on the second part during the stamping process.
  • the counter punch is preferably adapted in shape to the contour or outer shape of the tube 2. Due to the lack of bending moment on the Connection area 10, connection area 10 remains unchanged and has the same contour of pipe wall 6 as the contour of the adjoining inductive section.
  • connection area 10 Since the force of the stamping process in the connection area 10 is neutralized with the aid of the counter-punch when the first part of the contact sections is formed to form the connection area 11, there is also no bending moment acting on the adjacent helix. In this way, the helix retains its shape and its pitch, and possible short circuits between adjacent windings can also be ruled out.
  • the connecting area 10 has the shape of a segment of a circle, since the tube 2 from which the coil 1 has been produced is circular.
  • the connecting area 10 could therefore have a straight contour, for example.
  • this does not limit the shape of the connecting area 10.
  • the connecting area 10 can have any shape and contour that is the same as that of the pipe 2 in an adjacent section.
  • connection area 11 in FIG. 4 was formed by deforming the pipe wall 6 in a direction perpendicular to the longitudinal axis 3 of the pipe 2.
  • the deformation to a connection area 11 in a direction perpendicular to the longitudinal axis 3 of the tube 2 allows the connection area 11 to be formed without causing a change in length of the coil strand, be it an expansion or compression.
  • a deformation in a direction parallel to the longitudinal axis 3 would inevitably change the length of the coil strand.
  • the connection area 11 were to be formed, for example, in the direction of the longitudinal axis 3 of the tube 2 (in FIG. 4 therefore out of the illustration), a coil strand which has several such sections would be shortened due to the deformation.
  • connection area 11 is bent over perpendicular to the longitudinal axis 3 of the tube 2, a coil strand shaped in this way retains its defined overall length, despite the deformation process for the connection area 11.
  • the handling of the coil strands is improved especially in the manufacturing process, because in the process line in different
  • Manufacturing steps of the same dimensions and the associated framework conditions, such as the position of the inductive sections, can be assumed.
  • a central cut between two inductive sections can be made automatically and without further measurements.
  • connection areas 11 perpendicular to the longitudinal axis 3 of the tube 2 is that the entire coil length, especially compared to the length of the helix, can be kept short in order to achieve a better form factor for the coil 1.
  • the inductive section which is L-shaped in the exemplary embodiment shown in FIG. 4, is spaced apart from the support surface by a part of the connection region 11. In this way, the inductive section is mechanically and thermally isolated from a support surface. In this way, transfers of vibrations from the coil 1 or of heat to a support surface, which can be a printed circuit board, for example, are inhibited.
  • the distance between the inductive section 7 and a support surface ensures that sufficient space is created to completely embed the inductive section in a plastic 9.
  • the magnetic field of the coil 1, and the inductance associated therewith, is also less influenced by a spaced-apart support surface.
  • a horizontal part of the L-shaped connection area 11 shown in FIG. 4 forms a flat surface which forms a solderable connection.
  • the integral design of the coil 1 from the tube 2 makes it possible to dispense with additional connection techniques. For this reason, the coil 1 has a lower overall resistance, which in turn leads to a low power loss.
  • the thermal load is also reduced, above all at possible contacts, as a result of which the susceptibility of the coil 1 to errors is reduced.
  • FIG. 5 four coil strands are embedded in plastic 9, the longitudinal axes 3 of the coils 1 being arranged parallel to one another. Such an arrangement is also called a package.
  • the four coil strands each have four inductive sections 7 and four contact sections 8 here.
  • the package shown in FIG. 7 is only an example and more coil strands, and in particular more than 20 coil strings, with any other number of inductive sections 7 and contact sections 8 can be used.
  • the contact sections 8 are opened by recesses and then stamped into a non-deformed connection area 10 and two connection areas 11.
  • the dashed lines have several possible dividing lines 12 for isolation, which are transverse or run parallel to the longitudinal axis 3 of the coils 1 and through the contact sections 8.
  • the plastic 9 represents protection against possible dangers from the direct environment.
  • the protective function of the plastic can be expanded pragmatically by adding particles with the desired magnetic properties.
  • the inductance can also be adjusted via the amount or concentration of the magnetic particles in the plastic.
  • a coil 1 could be connected to an EP core, the EP core also integrally forming a housing.
  • the EP core could consist of two halves that can then be glued.
  • the coil 1 can be electromagnetically shielded by an EP core, in particular in the case of high-frequency applications, and the electromagnetic compatibility of the component can thus be increased.
  • a module which has a plurality of coils 1 in a housing, from a package is also possible in a simple manner.
  • a package as shown in FIG. 5, is isolated parallel and / or perpendicular to the longitudinal axis 3 of the tube 2 as required.
  • the package shown in FIG. 5 is only an example and considerably longer ones can be used Coil strings, with more coils 1, and a larger number of coil strings, can be arranged in the package.
  • the contact surfaces of a module itself can be contacted from below and, if necessary, from the side and can be contacted, for example, via soldering pads or conductor tracks via a soldering process or an adhesive process.
  • the use of a module can lead to a reduction in the cycle time when assembling the coils 1.
  • a pick-and-place machine for example, only has to position the component on a circuit board once instead of several times.
  • the coils 1 in the module can be provided to be connected to one another in parallel, in series or not at all. In one embodiment in which several coils 1 are arranged next to one another, each coil 1 can be contacted individually. If, on the other hand, such a module is contacted with two conductor tracks running perpendicular to the longitudinal axis 3, the inductive sections 7 can be electrically connected in parallel to one another. If the conductor track is laid out in a meandering shape under the module, the inductive sections 7 can be connected in series. Thus, the coils 1 themselves can be interconnected in the most varied of ways in a module, but also within an electronic device.
  • FIG. 6 shows a single coil 1 which has been embedded in plastic 9.
  • the contact section On the end face of the embedded coil 1, the contact section is arranged, which has a circular segment-shaped connecting area 10 and two L-shaped ones Connection areas 11 has.
  • the coil 1 can have been produced either by separating the coils 1 from a package or by embedding an individual coil 1, as in FIG. 4, in plastic 9.

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Abstract

Eine Spule (1), die ein Rohr (2) mit einer Rohrwand (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist, wobei das Rohr (2) einen induktiven Abschnitt (7) aufweist, in dem ein Spalt (4) in der Rohrwand (6) angeordnet ist, der die Rohrwand (6) in dem induktiven Abschnitt (7) zu einer Wendel formt, und wobei das Rohr (2) zwei Kontaktabschnitte (8) aufweist, der einen Verbindungsbereich (10) und mindestens einen Anschlussbereich (11) aufweisen, wobei der Verbindungsbereich (10) die gleiche Kontur aufweist wie ein angrenzender Abschnitt der Wendel, und wobei der Anschlussbereich (11) einen elektrischen Anschluss der Spule (1) bildet, und wobei der Verbindungsbereich (10) den Anschlussbereich (11) mit dem induktiven Abschnitt (7) elektrisch verbindet. Weitere Aspekte betreffen ein Modul aufweisend mehrere Spulen (1), ein Verfahren zur Herstellung einer Spule (1) und ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls.

Description

Beschreibung
Spule und Verfahren zur Herstellung der Spule
Die Erfindung betrifft eine Spule, aufweisend ein Rohr aus leitfähigem Material, und ein Verfahren zur Herstellung der Spule.
Im Zuge der Miniaturisierung von elektrischen Schaltungen ist es vom hohen Interesse, kleine induktive Bauteile bereitzustellen, die eine geringe Verlustleistung, eine hohe Stromtragfähigkeit sowie eine zuverlässige Langlebigkeit aufweisen.
Insbesondere bei Drahtspulen kann eine Schwachstelle die Verbindung des Drahtes zu einem Kontaktelement, welches zur äußeren Kontaktierung benötigt wird, sein. Die Verbindung, die meist mit Schweißstellen bzw. Lötstellen realisiert werden, können durch verwendete Legierung, die Kupfer, Zinn oder Nickel enthalten, oder durch Verunreinigungen mit Sauerstoff einen zumindest geringfügig erhöhten Widerstand aufweisen. Bei einer unsauber ausgeführten Kontaktierung kann darüber hinaus der Widerstand erheblich erhöht sein. Dadurch kann ein hoher Übergangswiderstand entstehen, der eine hohe Verlustleistung hervorruft. Dadurch kann an dieser Stelle ebenfalls eine erhöhte thermische Belastung auftreten, die im harmlosen Fall zu einem Versagen der Spule oder im folgenschweren Fall zu einem Brand führen kann.
Vor allem bei kleinen Spulen wirkt sich die Ausgestaltung der Kontaktierung und der Zuleitung der Spulen gravierend auf die elektrischen Eigenschaften der Spule aus. Das große Verhältnis der Ausmaße der Zuleitungen zu den Ausmaßen der Spule wirkt sich beträchtlich auf Eigenschaften der Spule als elektronisches Bauelement aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spule mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Spule bereitzustellen.
Die vorliegende Aufgabe wird durch eine Spule nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen der Spule und ein Verfahren zur Herstellung der Spule sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen .
Es wird eine Spule vorgeschlagen, die ein Rohr mit einer Rohrwand aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist, wobei das Rohr einen induktiven Abschnitt aufweist, in dem ein Spalt in der Rohrwand angeordnet ist, der die Rohrwand in dem induktiven Abschnitt zu einer Wendel formt, und wobei das Rohr mindestens einen Kontaktabschnitt aufweist, der einen Verbindungsbereich und mindestens einen Anschlussbereich aufweist, wobei der Verbindungsbereich die gleiche Kontur aufweist wie ein angrenzender Abschnitt der Wendel, und der Anschlussbereich einen elektrischen Anschluss der Spule bildet, wobei der Verbindungsbereich den Anschlussbereich mit dem induktiven Abschnitt elektrisch verbindet..
Als Rohr kann ein länglicher Hohlkörper bezeichnet werden, der eine Öffnung aufweist, die sich von einem ersten Ende des Körpers durch den gesamten Körper bis zu einem zweiten Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, erstreckt. Das Rohr kann symmetrisch zu seiner Längsachse sein, wobei die Längsachse sich vom Mittelpunkt einer Grundfläche am ersten Ende bis zum Mittelpunkt einer Grundfläche am zweiten Ende erstreckt. In einer Ausführungsform kann das Rohr einen kreisrunden, ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Es sind jedoch auch andere Querschnitte möglich.
Als Wendel kann eine helixförmige Struktur bezeichnet werden. Die Wendel kann insbesondere Windungen der Spule ausbilden.
Das Rohr kann insbesondere einen helixförmigen Spalt in der Rohrwand aufweisen, wodurch die Windungen der Spule aus dem Rohr gebildet werden. Das Rohr besteht aus einem leitfähigen Material. Unter einem leitfähigen Material werden Materialien mit einer Leitfähigkeit von über 104 S/m, jedoch insbesondere Materialien mit einer Leitfähigkeit von über 105 S/m oder über 106 S/m, angesehen. Materialien mit einer sehr hohen Leitfähigkeit, beispielsweise Metalle wie Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold können dafür geeignet sein. Ebenfalls geeignet als Ausgangsmaterial für Rohr können industrielle Stähle wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl, legierter Stahl oder Werkzeugstahl sein.
Das Rohr weist den induktiven Abschnitt und zumindest einen Kontaktabschnitt auf. Der induktive Abschnitt kann durch die vom Spalt geformte Wendel eine Induktivität bilden. Der induktive Abschnitt und die Kontaktabschnitte sind einstückig aus einem Material der Rohrwand ausgebildet. Für die Verbindung des induktiven Abschnitts mit dem Kontaktabschnitt sind somit keine Verbindungspartner, wie etwa Lot, erforderlich. Vielmehr können der induktive Abschnitt und der Kontaktabschnitt durch eine entsprechende Strukturierung der Rohrwand gebildet werden und dabei durch das Rohrmaterial miteinander verbunden bleiben. Die Spule hat den Vorteil, dass keine internen Verbindungsstellen zur Verbindung einer Induktivität mit einem Anschluss erforderlich sind. Der induktive Bereich und der Kontaktbereich können vielmehr integral ausgebildet sein. Die Spule weist einen geringeren Gesamtwiderstand auf als eine Spule, bei der interne Verbindungsstellen zur Verbindung einer Induktivität mit einem Anschluss erforderlich sind. Darüber hinaus fallen durch den Verzicht auf interne Kontaktierungen auch die thermische sowie die mechanische Belastung weg, die andernfalls an den möglichen internen Kontaktierungen auftreten würden, wodurch die Fehleranfälligkeit der Spule reduziert wird.
Das Rohr muss dafür im Querschnitt nicht rund sein, sondern kann beispielsweise oval, quadratisch, rechteckig, vieleckig, quadratisch mit abgerundeten Ecken, rechteckig mit abgerundeten Ecken oder vieleckigen mit abgerundeten Ecken sein. Ein quadratischer Querschnitt bietet den Vorteil einer optimalen Ausnutzung eines zur Verfügung stehenden Bauraums bei vorgegebener Höhe bzw. Breite.
Je nach Anwendungsbestimmung für die Spule kann die Grundfläche des Rohres flächig, d.h. die Ausdehnungen des Rohres, die die Grundfläche aufspannen, groß gegenüber der Ausdehnung in eine Höhe, und die Höhe gering sein. Oder das Rohr kann eine geringe Grundfläche bei einer beträchtlichen Höhe aufweisen. Ist die Spule beispielweise auf einer Leiterplatte verbaut, die in einem schmalen Gehäuse montiert ist, kann eine flächige und flache Form vorteilhaft sein. Falls hingegen wenig Platz auf der Leiterplatte selbst bereitgestellt werden kann, ist möglicherweise eine Rohrform vorteilhaft, die eine geringe Grundfläche, aber dafür eine nennenswerte Höhe aufweist. Der Verbindungsbereich weist die gleiche Kontur auf wie der angrenzende Bereich des Wickels. Daher kann auf eine Verformung des Verbindungsbereichs, die sich auf die unmittelbar verbundene Wendel übertragen würde, verzichtet werden. Mit einer Verformung sind insbesondere Biegungen und Prägungen gemeint. Eine solche Krafteinwirkung auf den Verbindungsbereich wirkt sich unmittelbar als Biegemoment auf den induktiven Abschnitt aus und führt zu einer Verformung der Wendel. Die Teilung der Wendel, damit ist die Regelmäßigkeit der Windungen und der Spalte in der Wendel gemeint, kann sich selbst bei einer geringen Krafteinwirkung auf den Verbindungsbereich verschlechtern. Beispielsweise kann eine Wendel hierdurch eine geringere Spaltbreite auf der einen Seite und eine größere Spaltbreite auf der entgegengesetzten Seite aufweisen. Eine stärkere Krafteinwirkung im Verbindungsbereich kann auch leicht einen Kurzschluss in der Wendel bewirken, da Windungen der Wendel, vor allem die dem Verbindungsbereich naheliegenden, zusammengebogen werden können und sich dann berühren.
Unter der Kontur wird eine äußere Form verstanden, die der Bereich oder Abschnitt der Wendel, in einer Richtung parallel zu der Längsachse des Rohres betrachtet, aufweist. Ist das Rohr beispielsweise viereckig und der Verbindungsbereich befindet sich auf einer geraden Seite des Vierecks, so ist der Verbindungsbereich ebenfalls gerade. Wenn der angrenzende Abschnitt der Wendel eine Ecke aufweist, ist die Kontur der Ecke auch im Verbindungsabschnitt vorhanden sein. Bei einem runden Rohr weist der Verbindungsabschnitt entsprechend die Kontur eines Kreissegments auf. Ein angrenzender Abschnitt der Wendel und der Verbindungsbereich, die die gleiche Kontur aufweisen, können insbesondere parallel zueinander angeordnet sein.
Ein Übergang vom Verbindungsbereich zum induktiven Abschnitt kann in einer Richtung einer Längsachse des Rohrs gerade sein. Durch den Verzicht auf einen Knick oder einen Winkel zwischen dem Verbindungsbereich und dem induktiven Abschnitt kann eine Schwächung des Materials an dieser Stelle vermieden werden, womit einem Bruch vorgebeugt wird. Weiterhin wird durch einen geraden Übergang eine Wegänderung oder Krümmung eines fließenden Stroms vermieden und somit ungeplante Induktivitäten in der Spule vermieden.
Bevorzugt kann der induktive Bereich keine Verformung aufweisen. Da der Verbindungsbereich die gleiche Kontur hat wie der angrenzende Abschnitt der Wendel, kann eine Verformung des Verbindungsbereichs und somit auf eine Krafteinwirkung auf den Verbindungsbereich verzichtet werden. Eine Krafteinwirkung auf den Verbindungsbereich, die auch zu einer Verformung des Verbindungsbereichs führt, kann leicht zu Verformungen innerhalb der Wendel zu führen. Bereits eine kleine Verformung des induktiven Bereichs kann zu Änderungen der Teilung, womit das Verhältnis Wendel zu Spalt sowie die Regelmäßigkeit der Windungen der Wendel charakterisiert wird, und zu Variationen der elektrischen Eigenschaften der Spule führen, womit diese nicht mehr den geplanten Anforderungen genügen. Stärkere Verformungen können einzelne Windungen der Wendel zusammendrücken, und so sogar zu einem Kurschluss in der Spule führen. Ein Kurzschluss zwischen zwei Windungen muss nicht zu einer funktionsunfähigen Spule führe, allerdings würde die kurzgeschlossene Windung ohne einen durchfließenden Strom nicht zu der Induktivität der Spule beitragen. Weiterhin kann der Anschlussbereich durch eine Verformung der Rohrwand gebildet werden. Auf diese Weise kann eine integrale Bauweise der Spule vom Anschlussbereich bis einschließlich dem induktiven Abschnitt verwirklicht werden und ein serieller Widerstand der Spule gering gehalten werden.
Der Anschlussbereich und der Verbindungsbereich können in einer Ebene sein, die senkrecht zu einer Längsachse des Rohres steht. So angeordnete Anschlussbereiche verlängern die Ausmaße der gesamten Spule nicht, da der Anschlussbereich nicht in Richtung der Längsachse des Rohres an den Verbindungsbereich anschließt. Die gesamte Spulenlänge kann so relativ zur Wendel kurz gehalten werden und ein günstiger Formfaktor für die Spule erzielt werden.
Überdies kann der Anschlussbereich eine ebene Fläche aufweisen, die einen lötbaren Anschluss bildet. Dementsprechend kann die Spule insbesondere dazu ausgestaltet sein, auf eine Leiterbahn, zum Beispiel einer Leiterplatte, aufgelötet zu werden.
Der induktive Abschnitt kann durch einen Teil vom Anschlussbereich von einer Auflagefläche beabstandet sein. Dies hat den Vorteil einer mechanischen und thermischen Isolation des induktiven Bereichs gegenüber einer Auflagefläche, auf der die Spule montiert wird. So werden Übertragungen von Vibrationen der Spule oder von Hitze auf eine Montageoberfläche, wie etwa einer Leiterplatte, gehemmt. Auch das Magnetfeld der Spule wird weniger stark von einer beabstandeten Montageoberfläche beeinflusst, womit die Spule erwartungsgemäße elektrische Eigenschaften aufweist. In einer Ausführungsform, in der die Spule von einem magnetischen Material umgeben oder darin eingebettet sein kann, wird durch die Beabstandung der Spule von einer Auflagefläche sichergestellt, dass auch ausreichend magnetisches Material zwischen Spule und Auflagefläche angeordnet werden kann. Auf diese Weise kann die Spule gleichmäßig vom magnetischen Material eingehüllt werden, womit ein gleichmäßiges Magnetfeld um die Spule herum erzeugt werden kann und die Spule zusätzlich von allen Seiten geschützt wird.
Eine Beabstandung des induktiven Abschnitts kann beispielsweise durch L-förmige Anschlussbereiche bewerkstelligt werden. Ein senkrechter Teil des L-förmigen Anschlussbereichs wirkt hierbei als Abstandshalter und ein waagerechter Teil kann die ebene Fläche zur elektrischen Kontaktierung sein. Der senkrechte Teil des Anschlussbereichs beabstandet den induktiven Abschnitt der Spule von einer Montageoberfläche, wie einer Leiterplatte, mit der die Spule über den waagerechten Teil elektrisch verbunden sein kann.
Ferner kann die Spule einen magnetischen Kern aufweisen. Ein Einsatz z.B. eines ferromagnetischer Kerns kann für eine höhere magnetische Flussdichte in der Spule und eine erhöhte Induktivität der Spule sorgen. Geeignete Materialien für den Kern können die Metalle Nickelzink, Manganzink und Kobalt, sowie andere Legierungen sein. Hierbei begrenzt sich der Kern nicht nur auf ausschließlich im Inneren der Spule angeordnete Kerne, sondern schließt auch Kerne mit ein, die den Kern integral als Teil eines modularen Spulen-Gehäuses ausbilden. Die Ausführungsform einer Spule mit einem modularen Spulengehäuse kann die elektromagnetische Verträglichkeit der Spule verbessern. Indem beispielsweise ein EP-Kern als Gehäuse verwendet wird kann die elektromagnetische Abschirmung durch das Gehäuse, vor allem bei hochfrequenten Anwendungen, verbessert werden und die elektromagnetische Verträglichkeit damit erhöht werden.
Des Weiteren kann das Rohr in einen Kunststoff eingebettet werden, um das Rohr vor allem gegen mechanische aber auch gegen Temperatur- und Chemikalieneinflüssen zu schützen. Als Kunststoff eignen sich Epoxidharz, Phenylharz aber auch Silikone. Indem das Rohr in ein Kunststoff gebettet wird, ist das Spulen-Bauteil geeigneter mit Hilfe eines
Bestückungsautomaten, beispielsweise in einem Pick-and-Place- Verfahren, montiert zu werden.
In den Kunststoff kann Pulver mit magnetischen Eigenschaften, wie Eisenpulver, oder magnetische Nanopartikel gemischt sein. Mit der Zugabe von magnetischen Partikeln in den Kunststoff kann die Induktivität der Spule erhöht werden und die elektrischen Eigenschaften verbessert werden. Über den Anteil der magnetischen Partikel im Kunststoff kann die Induktivität angepasst werden. Die Spule kann weiterhin auch beim Einbetten in einen Kunststoff, unabhängig davon ob dieser einen Anteil an magnetischen Pulver aufweist, einen magnetischen Kern aufweisen, um die Induktivität der Spule zu erhöhen. Durch das Einbetten der Spule in einen Kunststoff, insbesondere in einen Kunststoff, der einen Anteil an einem Pulver mit magnetischen Eigenschaften aufweist, kann die elektromagnetische Abschirmung des Bauteils, vor allem auch bei hochfrequenten Anwendungen, verbessert werden und die elektromagnetische Verträglichkeit erhöht werden.
Ferner kann die Spule einen Außendurchmesser von 0,2 bis 50 mm aufweisen. Vorzugsweise kann der Außendurchmesser der Spule im Bereich zwischen 0,5 bis 20 mm liegen. Diese Größe ist besonders dafür geeignet Spulen bereitzustellen, die für Anwendungen auf einer Leiterplatte geeignet ist. Der Außendurchmesser sollte nicht kleiner als 0,2 mm, vorzugsweise nicht kleiner als 0,5 mm, sein, da ansonsten eine derart kleine Spule erzeugt würde, dass das automatische Teilehandling mit erheblichen technischen Schwierigkeiten verbunden wäre. Der Außendurchmesser sollte nicht größer als 50 mm, vorzugsweise nicht größer als 20 mm sein, da ansonsten die Herstellung der Spule aus einem Rohr unwirtschaftlich erscheint .
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung betrifft ein Modul, das zumindest zwei Spulen aufweist. Bei den Spulen kann es sich insbesondere um die oben beschriebenen Spulen handeln. Die zumindest zwei Spulen sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann durch einen Kunststoff gebildet werden, in den beide Spulen eingebettet sind. Die beiden Spulen können dabei räumlich parallel zueinander angeordnet sein.
Bevorzugter Weise werden die Spulen so angeordnet, dass die Spulen elektrisch einzeln kontaktiert werden können und im Modul nicht miteinander verschaltet sind. In einer alternativen Ausführungsform können die Spulen elektrisch parallel oder seriell untereinander verschaltet werden, um dem gesamten Modul eine gewünschte Induktivität zu verleihen. Auf diese Weise ist es möglich, aus mehreren Spulen ein Modul so zusammenzusetzen, dass das gesamte Modul eine höhere oder niedrigere Induktivität als die einzelnen Spulen aufweist.
Der Gebrauch des Moduls kann eine Bestückung einer Leiterplatte mit einer Vielzahl von Spulen verkürzen und so zu einer TaktZeitverkürzung bei einem Herstellungsverfahren führen. Indem das Modul, statt einer Vielzahl an einzelnen Spulen montiert wird, muss bei der Montage der Spulen, beispielsweise mit einem Pick-and-Place-Automat, nur ein Modul, statt mehrerer einzelner Spulen auf der Leiterplatte positioniert werden. Das Modul kann somit einen Folgeprozess, bei dem das Modul eingebaut wird, vereinfachen.
Darüber hinaus wird durch die Anordnung von mehreren Spulen innerhalb eines Moduls, im Vergleich zur Anordnung von mehreren einzelnen Spulen nebeneinander, Platz eingespart.
Bei Anwendungen, bei denen ein zur Verfügung stehender Platz sehr gering ist, beispielsweise bei einer Leiterplatte für ein mobiles Gerät wie einem Smartphone, kann diese Platzersparnis ein wesentlicher Vorteil sein. Ferner kann bei Verwendung des Moduls statt einzeln eingebetteter Spulen Gehäusematerial eingespart werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spule. Bei der Spule kann es sich insbesondere um die vorher beschriebene Spule handeln.
Das Verfahren umfasst die Schritte: a. Bereitstellen eines Rohres mit einer Rohrwand aus einem elektrisch leitfähigen Material, und b. Erzeugen eines Spalts in einem induktiven Abschnitt des Rohres, wobei der Spalt in dem induktiven Abschnitt die Rohrwand zu einer Wendel formt, und das Formen von zumindest zwei Abschnitten des Rohres zu Kontaktabschnitten, c. Verformen von einem ersten Teil der Kontaktabschnitte zu jeweils mindestens einem Anschlussbereich, wobei ein zweiter Teil der Kontaktabschnitte die Form der Rohrwand beibehält und einen Verbindungsbereiche bildet, wobei der Verbindungsbereich den Anschlussbereich mit dem induktiven Abschnitt elektrisch verbindet. Die Induktivität des induktiven Abschnitts kann dabei erst durch das Erzeugen des Spalts erstellt werden. Der Spalt kann ein Schneidespalt sein, der mit einem Laser erzeugt wird. Die Form des Kontaktabschnittes kann ebenfalls mit einem Laser, insbesondere in einem Laserprozess zusammen mit der Erzeugung des Spaltes, erzeugt werden.
Zur Erzeugung des Spalts in den induktiven Abschnitten, aber auch zum Erzeugen einer Ausnehmung in den Kontaktabschnitten des Rohres ist ein Laserprozess geeignet. Der Laserprozess hat den Vorteil flexibel einsetzbar und schnell zu sein. Darüber hinaus hat der Laserprozess den Vorteil keine mechanische Beanspruchung zu erzeugen, da er kontaktfrei arbeitet und wenige Rückstände hinterlässt. Weitere Alternativen, um den Spalt zu erzeugen, können beispielsweise ein Fräsprozess, ein Sägeprozess oder Wasserstrahlschneiden sein.
Der oben genannte Schritt b. kann einen weiteren Teilschritt aufweisen, wobei in dem Kontaktabschnitt des Rohres eine Ausnehmung gebildet wird, indem ein Bereich der Rohrwand entfernt wird. Die Ausnehmung in dem Kontaktabschnitt des Rohres und der Spalt in dem induktiven Bereich können in einem einzigen Verfahrensschritt gemeinsam erzeugt werden. Dementsprechend kann der gesamte Schritt b. in einem einzigen Prozessschritt, beispielsweise mittels Laserschneiden, erzeugt werden.
Ferner kann in Schritt c. der Anschlussbereich durch eine Verformung des ersten Teils des Kontaktabschnittes in eine zur Längsachse des Rohrs senkrechte Richtung gebildet werden. Da der Anschlussbereich nicht in einer Richtung der Längsachse des Rohres verformt wird, verlängert die Verformung des Anschlussbereichs in die zur Längsachse senkrechte Richtung die Spule nicht. Durch einen Anschlussbereich, der sich vorwiegend in einer Richtung senkrecht zu Längsachse eines Rohres ausdehnt, kann es vermieden werden die Länge der gesamten Spule gegenüber der Länge des induktiven Abschnitts bzw. der Wendel zu sehr zu erhöhen .
Weiterhin kann in Schritt c. ein erster Teil von den Kontaktabschnitten durch einen Stempelprozess zu einem Anschlussbereich geformt werden. Eine Umformung, etwa eine Biegung oder eine Prägung, mit Hilfe eines Stempelprozesses ist effizient, zuverlässig und reproduzierbar.
Ein zweiter Teil der Kontaktabschnitte, der durch den Stempelprozess zum Verbindungsbereich werden kann, kann durch einen Gegenstempel bzw. eine Auflagefläche beim Stempelprozess gestützt werden, so dass keine Biegekräfte auf den zweiten Teil beim Stempelprozess wirken. Der Gegenstempel kann formangepasst an die Kontur bzw. Außenform des Rohres sein. Da kein Biegemoment auf den Verbindungsabschnitt wirkt, behält der Verbindungsbereich die Kontur der Rohrwand aus der er gebildet wird und ist daher gleich zu der Kontur des angrenzenden induktiven Abschnitts. Auch eine Krafteinwirkung auf den induktiven Abschnitt, der zu einer unerwünschten Verformung des induktiven Abschnitts führen würde, wird vermieden. Selbst bei einer geringfügigen Verformung des induktiven Abschnitts kann es zu einer Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Spule kommen. Eine größere Krafteinwirkung auf den Verbindungsbereich kann sogar zu einem Kurzschluss im induktiven Bereich führen, indem zwei benachbarte Wicklungen der Wendel sich als Folge der Krafteinwirkung berühren. Indem auf ein Biegemoment im Verbindungsbereich verzichtet werden kann, werden die elektrischen Eigenschaften einer Spule, die mit dem vorgenannten Prozess hergestellt wurden, reproduzierbarer und planbarer .
Zusätzlich kann in Schritt b. zunächst ein Spulenstrang dadurch erzeugt werden, dass entlang des Rohres mehrere induktive Abschnitte erzeugt werden, in denen jeweils ein Spalt erzeugt wird, der in dem jeweiligen induktiven Abschnitt die Rohrwand zu einer Wendel formt, und zwischen zwei induktiven Abschnitten jeweils ein Kontaktabschnitt geformt wird. In Schritt c. kann ein erster Teil der Kontaktabschnitte zu jeweils mindestens einem Anschlussbereich geformt werden, und ein zweiter Teil der Kontaktabschnitte die Form der Rohrwand beibehalten und einen Verbindungsbereich bilden, wobei der Verbindungsbereich den Anschlussbereich mit dem induktiven Abschnitt elektrisch verbindet .
Durch einen solchen Spulenstrang kann die Handhabung der Spulen in der Produktion optimiert werden. So können mehrere Spulen gleichzeitig prozessiert werden, was wiederum zu einer TaktZeitverkürzung in der Produktion führen kann. Außerdem kann durch das Erzeugen von mehreren induktiven Abschnitten in einem Rohr Material eingespart werden.
Hinzukommend kann der Anschlussbereich durch eine Verformung der Rohrwand in einer zur Längsachse des Rohrs senkrechten Richtung gebildet werden. Eine Verformung der Rohrwand zu einem Anschlussbereich in einer zu Längsachse des Rohres senkrechten Richtung erlaubt es, einen Anschlussbereich zu bilden ohne eine Längenänderung des Spulenstrangs, sei es eine Dehnung oder Stauchung, herbeizuführen. Eine Verformung in einer Richtung parallel zu Längsachse würde unweigerlich eine Veränderung der Länge des Spulenstrangs zu Folge haben. Daher behält ein so geformter Spulenstrang, trotz dem Umformungsprozess für den Anschlussbereich, seine definierte Gesamtlänge. Die Handhabung der Spulenstränge wird verbessert, weil in der Prozesslinie in verschiedenen Herstellungsschritten von gleichen Abmessungen und damit Rahmenbedingungen ausgegangen werden kann. Vor allem im Herstellungsprozess ist eine über die gesamte Produktion gleichbleibende Länge der Spulenstränge von Vorteil, da in verschiedenen Produktionsschritte, wie etwa der Vereinzelung des Spulenstrangs, keine zusätzlichen Ausmessungen oder eine neue Eingabe der Rahmenbedingungen nötig sind.
Zusätzlich kann im weiteren Schritt d. eine Vereinzelung des Spulenstrangs senkrecht zur Längsachse des Rohres zwischen zwei induktiven Abschnitten stattfinden. Ein Spulenstrang kann so im Anschluss zu mehreren Spulen aufgetrennt werden. Die Spulen können einzeln aufgeteilt werden, so dass jeweils nur ein induktiver Abschnitt mit zwei angrenzenden Kontaktabschnitten erzeugt wird. Es ist jedoch auch möglich mehrere induktive Abschnitte, die jeweils über einen Kontaktabschnitt zusammengehalten werden, zu einer passenden Gesamtspule, die aus mehreren einzelnen Spulen besteht, aus dem Spulenstrang herauszutrennen.
Mehrere Spulen oder Spulenstränge können in Kunststoff eingebettet werden und somit ein Package bilden. Die Spulen oder Spulenstränge können an dieser Stelle bereits einen magnetischen Kern aufweisen. Hierbei ist es von Vorteil, die Spulenstränge vor dem Einbetten parallel zueinander anzuordnen. Indem mehrere Spulenstränge gleichzeitig, und nicht einzeln, eingebettet werden, kann der Herstellungsprozess beschleunigt werden. Der Kunststoff schützt die Spulen vor mechanischen sowie vor Temperatur- und Chemikalieneinflüssen. In den Kunststoff kann auch Pulver mit magnetischen Eigenschaften oder magnetische Nanopartikel gemischt sein. Mit der Zugabe von magnetischen Partikeln in den Kunststoff kann die Induktivität der Spule erhöht werden und über Anteil der magnetischen Partikel im Kunststoff auch angepasst werden.
Es kann vorteilhaft sein, magnetische Kerne in die Spulenstränge oder den Spulen anzuordnen. Dies kann die Induktivität der Spulen bzw. Spulenstränge erhöhen. Darüber hinaus ermöglicht eine Anordnung der Kerne in den Spulensträngen vor dem Einbetten in einen Kunststoff, Spulen mit einem magnetischen Kern herzustellen, die in einem Kunststoff, der auch magnetische Anteile aufweisen kann, eingebettet sind. Dies kann die Induktivität und die elektromagnetische Verträglichkeit der Spulen erhöhen.
Nach dem Einbetten mehrerer paralleler Spulenstränge in ein Package können die Spulen quer und parallel zur Längsachse der Spulenstränge vereinzelt werden. Hierbei ist es von Vorteil die Trennlinie durch die Kontaktabschnitte der Spulen zu führen. Somit wird das Package zu einzelnen Spulen vereinzelt. Es ist sowohl möglich, das Package erst quer und anschließend parallel zu vereinzeln als auch das Package erst parallel und dann quer zu vereinzeln.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls. Dabei kann das Package, das mehrere parallel angeordnete Spulenstränge aufweist, quer zur Längsachse der Stränge vereinzelt werden. Auch bei dieser Option ist es von Vorteil die Trennlinie durch die Kontaktabschnitte der Spulen zu führen. Es erfolgt keine Vereinzelung in einzelne Spulen parallel zur Achse.
Das Modul weist zumindest zwei Spulen in einem gemeinsamen Gehäuse auf, wobei das Rohr einen Kontaktabschnitt aufweist, der in einen Verbindungsbereich und einen Anschlussbereich aufgeteilt ist. Das Verfahren zur Herstellung des Moduls weist die folgenden Schritte auf:
- Erzeugen von zumindest zwei Spulensträngen, dadurch dass entlang jedes der Rohre mehrere induktive Abschnitte erzeugt werden, in denen jeweils ein Spalt erzeugt wird, der in dem jeweiligen induktiven Abschnitt die Rohrwand zu einer Wendel formt, und wobei zwischen zwei induktiven Abschnitten jeweils ein Kontaktabschnitt geformt wird, und wobei ein erster Teil der Kontaktabschnitte zu jeweils mindestens einem Anschlussbereich geformt wird, und wobei ein zweiter Teil der Kontaktabschnitte die Form der Rohrwand beibehält und einen Verbindungsbereiche bildet, wobei der Verbindungsbereich den Anschlussbereich mit dem induktiven Abschnitt elektrisch verbindet,
- Paralleles Anordnen der Spulenstränge,
- Einbetten der Spulenstränge in einen Kunststoff, der das Gehäuse bildet, und
- Vereinzeln der durch den Kunststoff verbundenen Spulenstränge entlang Trennlinien, die quer zu einer Längsachse der Spulenstränge verläuft zu dem Modul.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Figur la zeigt eine räumliche Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines Rohrs. Figur lb zeigt eine räumliche Darstellung einer möglichen zweiten Ausführungsform eines Rohrs.
Figur 2 zeigt eine räumliche Darstellung eines Spulenstrangs.
Figur 3 zeigt eine räumliche Darstellung eines Zwischenprodukts bei der Herstellung einer Spule aus dem Spulenstrang.
Figur 4 zeigt eine räumliche Darstellung einer Spule gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 5 zeigt eine räumliche Darstellung von mehreren Spulensträngen, die in Kunststoff zu einem Package eingebettet sind.
Figur 6 zeigt eine räumliche Darstellung einer Spule, die in Kunststoff eingebettet wurde und ein einsatzbereites Einzelbauteil ist.
Gleiche Elemente, ähnliche oder augenscheinlich gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse in den Figuren sind nicht maßstabsgetreu.
In Figur la und lb wird ein Rohr 2 mit jeweils einer runden und einer abgerundeten quadratischen Querschnittsfläche gezeigt. Ein Rohr 2 ist ein länglicher Hohlkörper, der eine Öffnung aufweist, die sich von einem ersten Ende des Körpers durch den gesamten Körper bis zu einem zweiten Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, erstreckt. Das Rohr 2 kann symmetrisch zu seiner Längsachse 3 sein, wobei die Längsachse 3 sich vom Mittelpunkt der Grundfläche am ersten Ende bis zum Mittelpunkt der Grundfläche des zweiten Endes erstreckt. In einer Ausführungsform kann das Rohr 2 eine kreisrunde, ovale, rechteckige oder vieleckige Querschnittsfläche aufweisen. Es sind auch andere Querschnitte möglich.
Das Rohr 2 kann einen Außendurchmesser von 0,2 bis 50 mm aufweisen. Vorzugsweise kann der Außendurchmesser des Rohrs 2 im Bereich zwischen 0,5 bis 20 mm liegen. Diese Größe ist besonders dafür geeignet Spulen 1 herzustellen, die für Anwendungen auf einer Leiterplatte geeignet sind. Die Rohrwand 6, deren Dicke vom Abstand zwischen Innenradius zum Außenradius des Rohrs 2 bestimmt wird, kann je nach benutzten Rohr 2 stark variieren, wobei eine Dicke von weniger als 1 mm vorteilhaft für die Bearbeitung sein kann. Entlang des Außenradius in Richtung der Längsachse 3 verläuft die Manteloberfläche 5 des Rohres 2. Das Rohr 2 besteht aus einem in erster Linie elektrisch leitfähigen Material.
Das Rohr 2 stellt ein Ausgangsmaterial dar, das bei der Fertigung einer Spule 1 verwendet wird. Im Laufe des Herstellungsverfahrens kann das in Figur la gezeigte Rohr 2 zunächst zu einem Spulenstrang strukturiert werden. Figur 2 zeigt den Spulenstrang. Dabei kann das Rohr 2 insbesondere durch einen Laserprozess strukturiert werden, bei dem im Rohr 2 induktive Abschnitte 7 und Kontaktabschnitte 8 ausgebildet werden. Die induktiven Abschnitte 7 und die Kontaktabschnitte 8 wechseln sich entlang des Rohres 2 ab.
In den induktiven Abschnitten 7 wird ein Spalt 4 erzeugt, der eine Rohrwand 6 durchdringt und die Rohrwand 6 zu einer Wendel formt. Dadurch wird eine Induktivität der induktiven Abschnitte 7 ausgebildet. Die Kontaktabschnitte 8 werden im Laufe des Herstellungsprozesses zum Teil in einen Anschlussbereich 11 umgeformt, wobei ein anderer Teil des Kontaktabschnitts zu einem Verbindungsbereich 10 wird. In den Kontaktabschnitten 8 wird bei der Strukturierung des Rohres 2 eine Ausnehmung gebildet, wobei ein Teil der Rohrwand 6 entfernt wird.
Durch den Spulenstrang wird die Handhabung der Spulen 1 in der Produktion optimiert. So können mehrere Spulen 1 gleichzeitig behandelt werden, was zu einer TaktZeitverkürzung in der Produktion führt. Außerdem kann durch das Erzeugen von mehreren induktiven Abschnitten 7 in einem Rohr 2 Material eingespart werden.
Die induktiven Abschnitte 7 sind integral durch die Kontaktabschnitte 8 miteinander verbunden und weisen keine unnötigen Übergangswiderstände zwischen einander auf.
Die unterschiedlichen induktiven Abschnitte 7 des Spulenstrangs können unterschiedliche oder gleiche Induktivitäten aufweisen. Somit ist es möglich, aus einem Rohr 2 unterschiedliche Spulen 1 zu erzeugen, die jeweils in der Induktivität variiert werden können, und daher für unterschiedlichste Anwendungen geeignet sind. Die Induktivitäten können beispielsweise über die Anzahl der Windungen, die mit dem Spalt 4 gebildet werden, oder mit dem Abstand der Spalte 4 in Richtung der Längsachse 3 nach einem Umlauf um das Rohr 2, was der Breite der Windungen entspricht, variiert werden. In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 2 sind die gezeigten Spalte 4 gleich und folglich auch die Induktivität der einzelnen induktiven Abschnitte 7 gleich. In Figur 3 wird eine räumliche Darstellung eines Zwischenprodukts bei der Herstellung einer Spule 1 aus dem Spulenstrang gezeigt. Der Spulenstrang wurde entlang von Trennlinien 12, die quer zur Längsachse 3 des Spulenstrangs verlaufen, vereinzelt.
Die Spule 1 weist ein Rohr 2 aus elektrisch leitfähigem Material auf, wobei ein Spalt 4, der entlang einer Manteloberfläche 5 und um die Längsachse 3 des Rohres 2 verläuft, erzeugt wurde und somit einen induktiven Abschnitt 7 ausbildet. In einer alternativen Ausführungsform kann das gesamte Rohr 2 derart strukturiert werden, dass sich nur ein einziger induktiver Abschnitt 7 und zwei an diesen angrenzende Kontaktabschnitte 8 ergeben. Dementsprechend kann das Rohr 2 zu dem in Figur 3 gezeigten Zwischenprodukt strukturiert werden, wobei das Rohr 2 auf eine geeignete Länge geschnitten wird. Der Kontaktabschnitt 8 und der induktiven Abschnitt 7 sind direkt miteinander verbunden. Der Kontaktabschnitt 8 und der induktive Abschnitt 7 sind integral und einstückig aus der strukturierten Rohrwand 6 geformt .
Figur 4 zeigt die Spule 1 nachdem mit Hilfe eines Stempelprozesses ein erster Teil der Kontaktabschnitte zu jeweils zwei Anschlussbereichen 11 gebogen wurde, wobei ein nicht verformter zweiter Teil der Kontaktabschnitte den Verbindungsbereich 10 bildet. Der zweite Teil der Kontaktabschnitte wurde zu dem Zwecke beim Stempelprozess durch einen Gegenstempel bzw. eine Auflagefläche gestützt, um keine Biegekräfte bzw. Momente auf den zweiten Teil beim Stempelprozess wirken zu lassen. Vorzugsweise ist der Gegenstempel formangepasst an die Kontur bzw. Außenform des Rohres 2. Auf Grund des fehlenden Biegemoments auf den Verbindungsbereich 10 bleibt der Verbindungsbereich 10 unverändert und weist die gleiche Kontur der Rohrwand 6 auf wie die Kontur des angrenzenden induktiven Abschnitts.
Da mit Hilfe des Gegenstempels beim Umformen des ersten Teils der Kontaktabschnitte zum Anschlussbereich 11 die Krafteinwirkung des Stempelprozess im Verbindungsbereich 10 neutralisiert wird, wirkt auch kein Biegemoment auf die angrenzende Wendel. Somit behält die Wendel ihre Form und ihre Teilung bei und auch mögliche Kurzschlüsse zwischen benachbarten Windungen können ausgeschlossen werden.
In der Ausführungsform, die in Figur 4 gezeigt wird, hat der Verbindungsbereich 10 die Form eines Kreissegments, da das Rohr 2, aus dem die Spule 1 hergestellt worden ist, kreisrund ist. In einem Ausführungsbeispiel, in dem das Rohr 2 eine viereckige Grundform hat, könnte der Verbindungsbereich 10 also beispielsweise eine gerade Kontur haben. Die Form des Verbindungsbereiches 10 wird hierdurch jedoch nicht beschränkt. Vielmehr kann der Verbindungsbereich 10 jegliche Form und Kontur haben, die der des Rohres 2 in einem angrenzenden Abschnitt gleicht.
Der Anschlussbereich 11 in Figur 4 wurde durch eine Verformung der Rohrwand 6, in einer zur Längsachse 3 des Rohrs 2 senkrechten Richtung, gebildet. Die Verformung zu einem Anschlussbereich 11 in einer zur Längsachse 3 des Rohres 2 senkrechten Richtung erlaubt es, den Anschlussbereich 11 zu bilden, ohne eine Längenänderung des Spulenstrangs, sei es eine Dehnung oder Stauchung, herbeizuführen. Eine Verformung in einer Richtung parallel zu Längsachse 3 würde unweigerlich eine Veränderung der Länge des Spulenstrangs zu Folge haben. Würde der Anschlussbereich 11 beispielsweise in Richtung der Längsachse 3 des Rohres 2 (in Figur 4 also aus der Darstellung heraus) gebildet werden, würde ein Spulenstrang, der mehrere solcher Abschnitte aufweist, auf Grund der Verformung verkürzt sein. Wird der Anschlussbereich 11 hingegen senkrecht zu Längsachse 3 des Rohres 2 umgebogen, behält ein so geformter Spulenstrang, trotz dem Umformungsprozess für den Anschlussbereich 11, seine definierte Gesamtlänge. Insofern wird die Handhabe der Spulenstränge vor allem im Herstellungsprozess verbessert, weil in der Prozesslinie in verschiedenen
Herstellungsschritten von gleichen Abmessungen und den damit einhergehenden Rahmenbedingungen, wie der der Position der induktiven Abschnitte, ausgegangen werden kann. Beim Vereinzeln des Spulenstrangs kann so beispielsweise automatisiert und ohne weitere Messungen ein mittiger Schnitt zwischen zwei induktiven Abschnitten erfolgen.
Ein weiterer Vorteil die Anschlussbereiche 11 senkrecht zur Längsachse 3 des Rohres 2 anzuordnen ist, dass die gesamte Spulenlänge, vor allem im Vergleich zur Länge der Wendel, kurz gehalten werden kann, um einen besseren Formfaktor für die Spule 1 zu erzielen.
Ferner wird der induktive Abschnitt, der im in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel L-förmig gestaltet ist, durch einen Teil des Anschlussbereichs 11 von der Auflagefläche beabstandet. Auf diese Weise wird der induktive Abschnitt mechanischen und thermischen gegenüber einer Auflagefläche isoliert. So werden Übertragungen von Vibrationen der Spule 1 oder von Hitze auf eine Auflageoberfläche, die etwa eine Leiterplatte sein kann, gehemmt. Zusätzlich sorgt der Abstand zwischen dem induktiven Abschnitt 7 und einer Auflagefläche, dass für ausreichend Platz geschaffen wird, um den induktiven Abschnitt komplett in einen Kunststoff 9 einzubetten. Auch das Magnetfeld der Spule 1, und damit verbunden die Induktivität, wird weniger von einer beabstandeten Auflageoberfläche beeinflusst.
Ein waagerechte Teil des in Fig. 4 gezeigten L-förmigen Anschlussbereichs 11 bildet eine ebene Fläche aus, die einen lötbaren Anschluss bildet. Entsprechend ist es möglich die Spule 1 auf eine Leiterbahn, zum Beispiel einer Leiterplatte, aufzulöten. Die integrale Ausbildung der Spule 1 aus dem Rohr 2 ermöglicht es, auf zusätzliche Verbindungstechniken zu verzichten. Aus diesem Grund weist die Spule 1 einen geringeren Gesamtwiderstand auf, der wiederum zu einer geringen Verlustleistung führt. Darüber hinaus sinkt auch die thermische Belastung, vor allem an möglichen Kontaktierungen, wodurch die Fehleranfälligkeit der Spule 1 reduziert wird.
In Figur 5 sind vier Spulenstränge in Kunststoff 9 eingebettet, wobei die Längsachsen 3 der Spulen 1 parallel zueinander angeordnet sind. Eine solche Anordnung wird auch Package genannt. Die vier Spulenstränge weisen hier jeweils vier induktive Abschnitte 7 und vier Kontaktabschnitte 8 auf. In dem in Figur 7 gezeigten Package handelt es sich lediglich um ein Beispiel und es können mehr Spulensträngen, und insbesondere mehr als 20 Spulenstränge, mit einer beliebig anderen Anzahl an induktiven Abschnitten 7 und Kontaktabschnitten 8 benutzt werden. Die Kontaktabschnitte 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch Ausnehmungen geöffnet und anschließend zu einem nicht verformten Verbindungsbereich 10 und zwei Anschlussbereiche 11 gestempelt worden. Die gestrichelten Linien weisen mehrere mögliche Trennlinien 12 zur Vereinzelung auf, die quer oder parallel zur Längsachse 3 der Spulen 1 und durch die Kontaktabschnitte 8 verlaufen. Auch alternative Ausführungsformen sind denkbar, bei denen eine Vereinzelung entlang einer anderen beliebigen Anzahl von Trennlinien 12 erfolgt. Wird die Spule 1 parallel zur Längsachse 3 des Rohres 2 vereinzelt, sind die induktiven Abschnitte 7 seriell miteinander verbunden. Indem mehrere Spulenstränge gleichzeitig, und nicht einzeln, eingebettet werden, kann der Herstellungsprozess beschleunigt werden.
Der Kunststoff 9 stellt als eine Art Gehäuse einen Schutz gegen mögliche Gefahren aus der direkten Umgebung dar. Die Schutzfunktion des Kunststoffes kann pragmatisch erweitert werden, indem Partikel mit gewünschten magnetischen Eigenschaften beigefügt werden. Über die Menge oder Konzentration der magnetischen Partikel im Kunststoff kann ebenfalls die Induktivität angepasst werden. In einer alternativen Ausführungsform könnte eine Spule 1 mit einem EP-Kern verbunden sein, wobei der EP-Kern integral auch ein Gehäuse bildet. Der EP-Kern könnte aus zwei Hälften bestehen, die im Anschluss verklebt werden können. Durch einen EP-Kern kann die Spule 1, insbesondere bei hochfrequenten Anwendungen, elektromagnetisch abgeschirmt sein und somit die elektromagnetische Verträglichkeit des Bauteils erhöht werden.
Das Erzeugen eines Moduls, das in einem Gehäuse mehrere Spulen 1 aufweist, aus einem Package ist ebenfalls einfach möglich. Hierbei wird ein Package, wie in Fig. 5 gezeigt, je nach Bedarf parallel und/oder senkrecht zur Längsachse 3 des Rohres 2 vereinzelt. Das in Fig. 5 gezeigte Package ist lediglich ein Beispiel und es können wesentlich längere Spulenstränge, mit mehr Spulen 1, und eine größere Anzahl an Spulensträngen, in dem Package angeordnet sein.
Die Kontaktflächen eines Moduls selbst sind von unten und gegebenenfalls von der Seite kontaktierbar und können beispielweise über Lötpads oder Leiterbahnen über einen Lötprozess oder Klebeprozess kontaktiert werden. Der Gebrauch eines Moduls kann zu einer TaktZeitverkürzung bei der Montage der Spulen 1 führen. Indem ein Modul statt einzelner Spulen 1 verbaut wird, muss beispielsweise ein Pick-and-Place-Automat nur einmal, statt mehrmals, das Bauteil auf einer Leiterplatte positionieren. Darüber hinaus wird durch die Anordnung von mehreren Spulen 1 innerhalb eines Moduls, im Vergleich zur Anordnung von mehreren einzelnen Spulen 1 nebeneinander, Platz eingespart.
Die Spulen 1 im Modul können dazu vorgesehen sein, miteinander parallel, seriell oder gar nicht verschaltet zu werden. In einer Ausführungsform in der mehrere Spulen 1 nebeneinander angeordnet sind, kann jede Spule 1 einzeln kontaktiert werden. Wird ein solches Modul hingegen mit zwei senkrecht zur Längsachse 3 laufenden Leiterbahnen kontaktiert, können die induktiven Abschnitte 7 elektrisch parallel zueinander verschaltet werden. Wird die Leiterbahn mäanderförmig unter dem Modul angelegt, können die induktiven Abschnitte 7 seriell verschaltet werden. Somit können die Spulen 1 selbst in einem Modul auf unterschiedlichste Weisen miteinander aber auch innerhalb eines elektronischen Geräts verschaltet werden.
Figur 6 zeigt eine einzelne Spule 1 die in Kunststoff 9 eingebettet worden ist. An der Stirnseite der eingebetteten Spule 1 ist der Kontaktabschnitt angeordnet, der einen kreissegmentförmigen Verbindungsbereich 10 und zwei L-förmige Anschlussbereiche 11 hat. Die Spule 1 kann entweder durch ein Vereinzeln der Spulen 1 aus einem Package, oder durch Einbetten einer einzelnen Spule 1, wie aus Figur 4, in Kunststoff 9 hergestellt worden sein.
Bezugszeichenliste
1 Spule
2 Rohr 3 Längsachse
4 Spalt
5 Manteloberfläche
6 Rohrwand 7 induktiver Abschnitt 8 Kontaktabschnitt
9 Kunststoff
10 Verbindungsbereich 11 Anschlussbereich 12 Trennlinien

Claims

Patentansprüche
1. Spule (1) aufweisend, ein Rohr (2) mit einer Rohrwand (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei das Rohr (2) einen induktiven Abschnitt (7) aufweist, in dem ein Spalt (4) in der Rohrwand (6) angeordnet ist, der die Rohrwand (6) in dem induktiven Abschnitt (7) zu einer Wendel formt, und wobei das Rohr (2) mindestens einen Kontaktabschnitt (8) aufweist, der einen Verbindungsbereich (10) und mindestens einen Anschlussbereich (11) aufweist, wobei der Verbindungsbereich (10) die gleiche Kontur aufweist wie ein angrenzender Abschnitt der Wendel, und wobei der Anschlussbereich (11) einen elektrischen Anschluss der Spule (1) bildet, und wobei der Verbindungsbereich (10) den Anschlussbereich (11) mit dem induktiven Abschnitt (7) elektrisch verbindet.
2. Spule (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei ein Übergang vom Verbindungsbereich (10) zum induktiven Abschnitt (7) in einer Richtung einer Längsachse (3) des Rohrs (2) gerade ist.
3. Spule (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der induktive Bereich keine Verformung aufweist.
4. Spule (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anschlussbereich (11) durch eine Verformung der Rohrwand (6) gebildet wird.
5. Spule (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anschlussbereich (11) und der Verbindungsbereich (10) in einer Ebene sind, die senkrecht zu einer Längsachse des Rohres (2) steht.
6. Spule (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anschlussbereich (11) eine ebene Fläche aufweist, die einen lötbaren Anschluss bildet.
7. Spule (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der induktive Bereich durch einen Teil vom Anschlussbereich (11) von einer Auflagefläche beabstandet ist.
8. Spule (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Spule (1) einen Kern, insbesondere einen EP-Kern, aufweist.
9. Spule (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Rohr (2) in einen Kunststoff (9) eingebettet ist.
10. Spule (1) nach Anspruch 9, wobei der Kunststoff (9) mit magnetischem Pulver, magnetischen Partikeln oder einem anderen magnetischen Material vermischt ist.
11. Modul aufweisend zumindest zwei Spulen (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
12. Verfahren zur Herstellung einer Spule (1), umfassend die Schritte : a. Bereitstellen eines Rohres (2) mit einer Rohrwand (6) aus einem elektrisch leitfähigen Material, b. Erzeugen eines Spalts (4) in einem induktiven Abschnitt
(7) des Rohres (2), wobei der Spalt (4) in dem induktiven Abschnitt (7) die Rohrwand (6) zu einer Wendel bildet, und Formen von zumindest zwei Abschnitten des Rohres (2) zu Kontaktabschnitten (8), c. Verformen von einem ersten Teil der Kontaktabschnitte
(8) zu jeweils mindestens einem Anschlussbereich (11), wobei ein zweiter Teil der Kontaktabschnitte (8) die Form der Rohrwand (6) beibehält und einen Verbindungsbereich (10) bildet, wobei der Verbindungsbereich (10) den
Anschlussbereich (11) mit dem induktiven Abschnitt (7) elektrisch verbindet.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Laserprozess zur Erzeugung des Spalts (4) und zur Formung der Kontaktabschnitte (8) verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei in einem Teilschritt des Schritts b. in den Kontaktabschnitten (8) des Rohres (2) eine Ausnehmung gebildet wird, indem ein Bereich der Rohrwand (6) entfernt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Ausnehmung in den Kontaktabschnitten (8) des Rohres (2) und der Spalt (4) in dem induktiven Abschnitt (7) in einem einzigen Verfahrensschritt gemeinsam erzeugt werden.
16. Verfahren nach Anspruch 12 bis 15, wobei in Schritt c. die Anschlussbereich (11) jeweils durch eine Verformung des ersten Teils des Kontaktabschnittes (8) in eine zur Längsachse (3) des Rohrs (2) senkrechte Richtung gebildet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei in Schritt c. ein erster Teil von den Kontaktabschnitten (8) durch einen Stempelprozess mit Gegenstempel zu einem Anschlussbereich (11) geformt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein zweiter Teil der Kontaktabschnitte (8), der durch den Stempelprozess zum Verbindungsbereich (10) wird, durch den Gegenstempel beim Stempelprozess gestützt wird, so dass keine Biegekräfte auf den zweiten Teil beim Stempelprozess wirken.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei in Schritt b. zunächst ein Spulenstrang dadurch erzeugt wird, dass entlang des Rohres (2) mehrere induktive Abschnitte (7) erzeugt werden, in denen jeweils ein Spalt (4) erzeugt wird, der in dem jeweiligen induktiven Abschnitt (7) die Rohrwand (6) zu einer Wendel bildet, und wobei zwischen zwei induktiven Abschnitten (7) jeweils ein Kontaktabschnitt (8) geformt wird, und wobei in Schritt c. ein erster Teil der Kontaktabschnitte (8) zu jeweils mindestens einem Anschlussbereich (11) geformt wird, und wobei ein zweiter Teil der Kontaktabschnitte (8) die Form der Rohrwand (6) beibehält und einen Verbindungsbereich (10) bildet, wobei der Verbindungsbereich (10) den Anschlussbereich (11) mit dem induktiven Abschnitt (7) elektrisch verbindet.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Anschlussbereich (11) durch eine Verformung der Rohrwand (6) in eine zur Längsachse (3) des Rohrs (2) senkrechte Richtung gebildet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 und 20, zuzüglich aufweisend folgenden Schritt: d) Vereinzelung des Spulenstrangs senkrecht zur Längsachse (3) des Rohres (2) zwischen zwei induktiven Abschnitten (7).
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 und 20, zuzüglich aufweisend den folgenden Schritt:
Erzeugen mehrerer Spulenstränge und Einbetten mehrerer Spulenstränge in einen Kunststoff (9), wobei Spulenstränge parallel zueinander angeordnet sind.
23. Verfahren nach Anspruch 22, zuzüglich aufweisend den folgenden Schritt:
Vereinzeln der Spulenstränge quer und/oder parallel zu einer Längsachse (3) der Spulenstränge.
24. Verfahren zur Herstellung von Modulen, die jeweils zumindest zwei Spulen (1) in einem gemeinsamen Gehäuse aufweisen, aufweisend die Schritte:
- Erzeugen von zumindest zwei Spulensträngen, dadurch dass entlang jedes der Rohre (2) mehrere induktive Abschnitte (7) erzeugt werden, in denen jeweils ein Spalt (4) erzeugt wird, der in dem jeweiligen induktiven Abschnitt (7) die Rohrwand (6) zu einer Wendel bildet, und wobei zwischen zwei induktiven Abschnitten (7) jeweils ein Kontaktabschnitt (8) geformt wird, und wobei ein ersten Teil der Kontaktabschnitte (8) zu jeweils mindestens einem Anschlussbereich (11) gebildet wird, und wobei ein zweiter Teil der Kontaktabschnitte (8) die Form der Rohrwand (6) beibehält und einen Verbindungsbereich (10) bildet, wobei der Verbindungsbereich (10) den Anschlussbereich (11) mit dem induktiven Abschnitt (7) elektrisch verbindet,
- Paralleles Anordnen der Spulenstränge,
- Einbetten der Spulenstränge in einen Kunststoff (9), der das Gehäuse bildet,
- Vereinzeln der durch den Kunststoff (9) verbundenen Spulenstränge entlang Trennlinien (12), die senkrecht zu einer Längsachse (3) der Spulenstränge und zwischen induktiven Abschnitten (7) verläuft zu dem Modul.
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