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Dokumentenidentifikation DE10106837C2 24.12.2003
Titel Elektrisches Bauelement
Anmelder EPCOS AG, 81669 München, DE
Erfinder Mahling, Eva, 82008 Unterhaching, DE;
Heringer, Egon, 82386 Oberhausen, DE;
Mielke, Thomas, 80805 München, DE
Vertreter Epping Hermann Fischer, Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80339 München
DE-Anmeldedatum 14.02.2001
DE-Aktenzeichen 10106837
Offenlegungstag 12.09.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.12.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.12.2003
IPC-Hauptklasse H01F 27/26
IPC-Nebenklasse F16B 2/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement, insbesondere einen Übertrager, das aufweist: einen Spulenkörper mit endseitigen Spulenkörperflanschen und daran angeformten Kontaktleisten, einen geteilten magnetisierbaren Kern, dessen Teile mit einem Mittelbutzen in den Spulenkörper eingreifen, und eine auf den im Eingriff mit dem Spulenkörper befindlichen Kern aufschiebbare Federkappe, welche ein Joch und an zwei sich gegenüberliegenden Seiten Schenkel sowie an zwei sich gegenüberliegenden Seiten Federbügel enthält, wobei bei aufgeschobener Federkappe die Schenkel in Kontakt mit den Kontaktleisten und die Federbügel in Kontakt mit dem magnetisierbaren Kern stehen.

Eine derartige Federkappe und ein derartiges elektrisches Bauelement sind aus der EP 0594031 bekannt.

Die bekannte Ausführungsform eines elektrischen Bauelements, z. B. eines Übertragers, besitzt einen Spulenkörper sowie einen auf diesen aufsteckbaren sogenannten E- oder Q-Kern, der bevorzugt aus Ferritmaterial besteht und aus mehreren Teilen, z. B. zwei Kernhälften zusammengesetzt wird. Der Spulenkörper besitzt einen durch zwei Spulenkörperflansche begrenzten Wickelraum mit einem zylindrischen Durchgangsloch zur Aufnahme von Mittelbutzen der E- oder Q-Kernhälften. Der Spulenkörper weist weiterhin angeformte Kontaktleisten auf, die z. B. einstückig mit dem Spulenkörper sind und Kontaktstifte zur elektrischen Kontaktierung des Bauelements nach seiner Montage auf einer gedruckten Leiterplatte enthalten.

Die im Beispiel zwei E-Kernhälften mit Mittelbutzen und Kernschenkeln sind derart auf den Spulenkörper aufschiebbar, daß die Mittelbutzen in das zylindrische Durchgangsloch eingreifen und typischerweise auf dem zylindrischen Innenteil des Spulenkörpers aufsitzen.

Bei der bekannten Bauform mit einem sogenannten EP-Kern werden die Kernhälften mittels einer Federkappe auf dem Spulenkörper gehalten. Die Federkappe hat ein konkav ausgebildetes Joch und an zwei sich gegenüberliegenden Seiten Schenkel sowie zwei weiteren sich gegenüberliegenden Seiten Federbügel. Bei aufgeschobener Federkappe greift der konkave Jochbereich an der den Kontaktleisten abgewandten Außenseite des magnetisierbaren Kerns an. Die Schenkel liegen auf den Außenseiten der Kernhälften und der Kontaktleisten an und sind über Rastnasen in zugeordnete Hinterschneidungen der Kontaktleisten eingeschnappt. Die Federbügel drücken gegen sich gegenüberliegende Seiten des Magnetkerns.

Das konkav ausgebildete Joch der Federkappe übt nach dem Einrasten der Rastnasen in die Kontaktleisten durch seine Federwirkung einen Kraftschluss zwischen den Kontaktleisten und den Kernhälften aus, derart, dass die Kernhälften in Richtung senkrecht zur Achse der Kernbutzen auf den Spulenkörper gedrückt und gehalten werden. Darüberhinaus gewährleisten die auf die Kernhälften drückenden Federbügel einen Druck in Richtung der Achse der Kernbutzen (auch magnetische Achse des Übertragers).

Eine weitere Ausführung einer typischen Übertragerbauform besitzt einen sogenannten Q-Kern in Form zweier Kernhälften, wobei diese Bauform hinsichtlich des Spulenkörpers und des Ferritkerns generell mit der oben erläuterten Bauform mit EP- Kern übereinstimmt.

Ausführungsformen der vorstehend erläuterten Art sind jedoch nicht als oberflächenmontierbare elektrische Bauelemente geeignet, weil einerseits Teile wie die Kontaktstifte, Erdungsstifte und weitere Ansätze über die untere Begrenzung der Kontaktleisten nach unten vorstehen und ein Einsetzen in vorgefertigte Löcher einer Leiterplatte verlangen. Andererseits kann die Federkappe allein oder in auf den Kern aufgeschobener Form allenfalls umständlich von einer Aufnahme- und Positioniereinrichtung, z. B. einem Sauggreifer von oben gepackt und gehalten werden, weil das Joch der Federkappe im Mittenbereich konkav sein muss, damit es Federeigenschaften entwickelt und im Zusammenwirken mit den Rastnasen einen Kraftschluss zwischen Kern und Spulenkörper ausüben kann. Darüber hinaus erfordert die Herstellung des konkaven Jochs der Federkappe spezielles Werkzeug und separate Arbeitsschritte.

Weiter sind aus der US 5,943,744 zwei vertikal übereinander angeordnete magnetische Übertrager beschrieben, die von einer Federkappe gehalten werden. Die vier Schenkel der Federkappe haben nach innen gerichtete gewölbte Ausformungen, die jeweils in einen Rücksprung eines Magnetkernteils eingreifen. Die Magnetkernteile werden dabei horizontal als auch vertikal gegeneinander gepresst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Bauelement der in Rede stehenden Art zu schaffen, die für eine Oberflächenmontage geeignet sind.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das elektrische Bauelement gemäß dem unabhängigen Patentanspruch hat den Vorteil, dass es sich für die Oberflächenmontage von Bauelementen eignet, weil das Joch der Federkappe mindestens in seinem Mittenbereich oder sogar ganzflächig plan ist. Dadurch kann es sehr einfach und zuverlässig automatisch, z. B. mit einem Sauggreifer ergriffen und anschliessend positioniert werden (sogenanntes pick and place). Durch, die grosse Planfläche ergeben sich für diesen Vorgang grosse Arbeitstoleranzen, so dass sich insgesamt eine bessere Montierbarkeit ergibt. Darüber hinaus ist die plane Oberfläche der Federkappe einfach beschriftbar, so dass man die aufgebrachten Angaben auch nach der Montage auf eine Leiterplatte leicht von oben lesen kann.

Die als Federbügel ausgebildeten, gegen die Kontaktleiste drückenden Schenkel und das plane Joch der Federkappe bewirken, dass kein Kraftschluss erfolgt, sondern die Kernteile auf Grund eines Reibschlusses der Schenkel im zugeordneten Bereich der Hinterschneidungen der Kontaktleisten des Spulenkörpers zuverlässig in Position bezüglich des Spulenkörpers gehalten werden, ohne dass auf den Kern bzw. die Kernteile selbst durch die Schenkel eine Kraft ausgeübt wird. Auf die Kernteile wirken somit nur noch die durch die Federbügel der anderen Seiten ausgeübten Kräfte. Durch den fehlenden Kraftschluss zwischen der Federkappe und den Kontaktleisten werden die gegen Bruch empfindlichen Kernmittelbutzen nicht mehr mit Kraft gegen den Zylinderinnenteil des Spulenkörpers gedrückt und es verringert sich die Gefahr eines Kernbruchs, der das Bauelement funktionsuntüchtig machen würde. Dagegen erlaubt die Erfindung, dass die Kernschalen sich bei der Montage der Federkappe leicht gegeneinander bewegen dürfen und erst beim Aufschieben der Federkappe durch die Aufschiebbewegung nach unten gedrückt und fixiert werden.

Die Federkappe ermöglicht für die Oberflächenmontage des Bauelements eine größere Prozeßsicherheit, weil zumindest eine für die pick-and-place-Verarbeitung notwendige Fläche des Jochs plan ist. Ohne Kappe kann es passieren, dass beim Bauelement die Kernhälften mit einem Versatz zueinander montiert und geklebt werden und dann die entsprechende pick- and-place-Arbeitsfläche nicht mehr eben ist.

Die Ausbildung der Schenkel-Federbügel mit den Rastnasen und der zugeordneten Hinterschneidungen des Spulenkörpers kann sehr passgenau so erfolgen, dass ein Form- und Reibschluss entsteht. Die Fertigungstoleranzen der entsprechenden Elemente können sehr gering sein, z. B. +/-50 µm, weil die sehr viel grösser streuenden Kernteile keinen Schluss mit den Schenkeln haben. Deshalb kann die Anschnabelung des Endbereichs der Schenkel-Federbügel sehr fein mit geringen Toleranzen sein, weil diese nur auf die Rastnasenelemente bzw. Hinterschneidungen der Kontaktleiste abgestimmt werden müssen. Im Gegensatz dazu müssen die auf die Kernteile drückenden Federbügel der anderen Seiten größere Toleranzen der Kernteile erlauben und deshalb größere Anschnabelungen und Federwege aufweisen.

Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Federkappe nur im Hooke'schen Bereich verformt und deshalb wiederverwendbar bzw. recycling-fähig ist.

Ein zusätzlicher Vorteil des Reibschlusses der Schenkel- Federbügel gegenüber der bekannten Ausführung mit Kraftschluss besteht darin, dass die Koplanarität der Unterseite des elekrischen Bauelements, z. B. des Übertragers verbessert wird, da keine Zugspannung auf die Aussenbereiche der Kontaktleiste erfolgt. Dadurch biegt sich die Kontaktleiste weniger durch und die Kontakte des oberflächenmontierbaren Bauelements können zuverlässiger und mit geringerer Toleranz auf der Leiterplatte verlötet werden. Weiterhin lässt sich dadurch Lotmaterial einsparen.

Ein anderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich die Herstellung der Federkappe vereinfacht, weil das Joch plan ist und der Schritt der Herstellung des konkaven Bereichs entfällt. Dies spart ein Werkzeug und zwei Arbeitsschritte ein.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß der Figuren der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht und zwei Seitenansichten der Federkappe,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Federkappe und

Fig. 3 eine perspektivisch dargestellte Ansicht des Spulenkörpers mit ansetzbaren Kernhälften.

In der Zusammenbetrachtung zeigen Fig. 2 und Fig. 3 eine Explosionsdarstellung eines induktiven elektrischen Bauelementes. In den Figuren haben gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen.

Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 besitzt die Federkappe 10 ein Joch 11, das mindestens in seinem mittleren Bereich 12 plan ausgebildet ist. An diesem Joch 11 sind an zwei sich gegenüberliegenden Seiten Schenkel 13a, 13b vorgesehen, welche Rastnasen 14a, 14b bzw. 14c, 14d aufweisen, die jeweils vorzugsweise aus der Fläche der Schenkel 13 nach aussen gebogen sind. Diese Rastnasen 14 sind dadurch gebildet, daß die Schenkel 13 im Bereich ihrer freien Enden Einschnitte 15a, 15b bzw. 15c, 15d aufweisen. Die Schenkel 13 setzen sich jenseits der Einschnitte 15 in Anschnabelungen 16a, 16b fort. Die lichte Weite W zwischen den Anschnabelungen entspricht den Abmessungen der Kontaktleisten 24, 25 des Spulenkörpers 20 derart, dass ein Reibkontakt zwischen den Schenkel-Federbügeln 13 und den Kontaktleisten 24, 25 entsteht. Die Anschnabelungen haben gemäß Fig. 1 eine gebogene Form und gemäß Fig. 2 einen gerade, gegen die übrige Fläche der Schenkel 13 abgewinkelte Form. Die Hauptfläche der Schenkel ist, um als Federbügel wiken zu können, unter einem Winkel W1 gegen die Senkrechte geneigt. Da die Toleranzen der Kontaktleisten sehr gering sind, kann sich der Winkel W1 in einem vorgegebenen Winkelbereich bewegen, z. B. zwischen etwa 1° und 10°, jedoch auch kleiner oder größer als diese Werte sein.

In der anderen zum Joch 11 der Federkappe 10 senkrechten Ebene sind am Joch 11 Federbügel 17a, 17b und 17c, 17d vorgesehen. Die Federbügel haben die Aufgabe, die Kernhälften 30 zu klemmen, deren Toleranzen größer sind als diejenigen der Kontaktleisten. Der Winkel W2 der Federbügel gegen die Senkrechte liegt vorzugsweise zwischen 20° und 40°, desgleichen wie die Winkel der Anschnabelungen der Federbügel 17. Auch in diesem Fall sind kleinere oder größere Winkel möglich.

Zur weiteren Verbesserung der Stabilität sind in den Schenkeln 13 der Federkappe 10 Ausnehmungen 19 vorgesehen, über welche die Federkappe 10 mit den Kernhälften 30 verklebt werden kann.

Zur generellen Ausführungsform des Spulenkörpers 20 sowie des magnetisierbaren Kerns in Form zweier Magnetkernhälften gemäß Fig. 3 wird auf die einleitenden Ausführungen Bezug genommen.

Eine Ausführungsform eines elektrischen Bauelements, z. B. eines Übertragers, besitzt einen Spulenkörper 20 sowie einen auf diesen aufsteckbaren sogenannten E-Kern bzw. EP-Kern 30a, 30b, der bevorzugt aus Ferritmaterial besteht und aus mehreren Teilen, z. B. zwei Kernhälften, zusammengesetzt wird. Der Spulenkörper 20 besitzt einen durch zwei äußere Spulenkörperflansche 21, 22 begrenzten Wickelraum mit einem zylindrischen Durchgangsloch 23 zur Aufnahme der Mittelbutzen 31 der EP-Kernhälften. Ausser E-Kernen können auch Q-Kerne verwendet werden. Der Spulenkörper 20 weist weiterhin angeformte Kontaktleisten 24, 25 auf, die z. B. einstückig mit dem Spulenkörper sind und Kontaktanschlüsse 26a, 26b, 26c zur elektrischen Kontaktierung des Bauelements nach seiner Montage auf einer gedruckten Leiterplatte enthalten. Die Kontaktanschlüsse sind so geformt, dass das fertig montierte Bauelement oberflächenmontierbar ist.

Die im Beispiel zwei EP-Kernhälften 30 mit Mittelbutzen 31 und Kernschenkeln 32, 33 sind derart auf den Spulenkörper 20 aufschiebbar, daß die Mittelbutzen in das zylindrische Durchgangsloch 23 eingreifen.

Bei dem Ausführungsbeispiel werden die Kernhälften 30a, 30b mittels der Federkappe 10 auf dem Spulenkörper 20 gehalten. Bei aufgeschobener Federkappe greifen die Federbügel 17 an den Außenseiten des magnetisierbaren Kerns 30 an.

Der Spulenkörper 20 besitzt entsprechend in Anpassung an die Rastnasen 14 der Federkappe 10 an den freien Enden der Kontaktleisten 24, 25 Hinterschneidungen 27, 28, die durch Anformung von Nasen an die Kontaktleisten gebildet werden können. Die Schenkel-Federbügel 13 liegen auf den Außenseiten der Kontaktleisten 24, 25 an und rasten über die Rastnasen 14 in die zugeordneten Hinterschneidungen 27, 28 der Kontaktleisten und in entsprechende, nicht dargestellte Hinterschneidungen der Kontaktleisten auf der gegenüberliegenden Seite des Spulenkörpers ein.

Wird nach Aufschieben der Magnetkernhälften 30 auf den Spulenkörper 20, derart, daß die Mittelbutzen 31 in das zylindrische Duchgangsloch 23 eingreifen und die äußeren Schenkel 32, 33 auf den Flanschen 21, 22 aufsitzen, die Federkappe 10 von oben auf die Einheit aus Spulenkörper 20 und Magnetkern 30 aufgeschoben, so rasten die Rastnasen 14 in die Hinterschneidungen 27, 28 und die Hinterschneidungen der gegenüberliegenden Seite ein. Die Einschnitte 15 sind dabei so gross bemessen, dass die Rastnasen nur eine Sicherungsfunktion gegen ein Abziehen der Federkappe ausüben, jedoch keinen Kraftschluss mit den Hinterschneidungen haben. Die Haltefunktion der Schenkel der Federkappe erfolgt durch Reibschluss zwischen den Anschnabelungen 16 und den Kontaktleisten 24, 25. In Richtung der magnetischen Achse werden die Kernhälften 30 durch die Federbügel 17 zusammengehalten. Auf diese Weise werden die Kernhälften 30 in zwei zueinander senkrechten Richtungen sicher auf dem Spulenkörper 20 gehalten, so daß Beeinträchtigungen der elektromagnetischen Eigenschaften des induktiven Bauelementes nicht mehr auftreten können.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektrisches Bauelement, insbesondere elektrischer Übertrager, das aufweist:
    1. - einen Spulenkörper mit endseitigen Spulenkörperflanschen und daran angeformten Kontaktleisten,
    2. - einen geteilten magnetisierbaren Kern, dessen Teile mit einem Mittelbutzen in den Spulenkörper eingreifen und
    3. - eine auf den im Eingriff mit dem Spulenkörper befindlichen Kern aufschiebbare Federkappe, die ein Joch und an zwei sich gegenüberliegenden Seiten Schenkel sowie an zwei sich gegenüberliegenden Seiten Federbügel aufweist, wobei bei aufgeschobener Federkappe die Schenkel in Kontakt mit den Kontaktleisten und die Federbügel in Kontakt mit dem magnetisierbaren Kern stehen,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (11) einen mittleren planen Bereich (12) aufweist und die Schenkel (13a, 13b) als Federbügel ausgebildet sind, die mit ihren freien Endbereichen gegen die Kontaktleisten (27, 28) drücken, derart, dass die Schenkel (13a, 13b) mit den Kontaktleisten (27, 28) einen Reibschluß ohne Kraftwirkung in Richtung des Jochs (11) bilden.
  2. 2. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (11) der Federkappe (10) durchgehend plan ausgebildet ist.
  3. 3. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptfläche der Schenkel (13) der Federkappe (10) unter einem vorgegebenen Winkel (W1) gegen die Senkrechte auf das Joch (11) geneigt sind.
  4. 4. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (13) der Federkappe jeweils Rastnasen (14) aufweisen und die Kontaktleisten (24, 25) an ihren freien Enden Hinterschneidungen (27, 28) zum Eingriff der Rastnasen bei Aufschieben des Federbügels aufweisen.
  5. 5. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastnasen (14) durch Einschnitte (15) im Bereich der freien Enden der Schenkel (13) gebildet sind.
  6. 6. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der Schenkel (13) der Federkappe (10) aus der Fläche der Schenkel hinaus nach außen gebogen sind.
  7. 7. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (13) der Federkappe (10) Ausnehmungen (19) enthalten.






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