Spulenkörper für eine elektrische Spule und Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements mit einem derartigen Spulenkörper

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spulenkörper für eine elektrische Spule, wobei der Spulenkörper einen hohlen Mittelbereich zur Aufnahme eines Teilbereichs eines Spulenkerns aufweist und wobei eine Wicklung auf eine Außenseite des Mittelbereichs aufbringbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektronisches Bauelement, welches einen derar- tigen Spulenkörper umfasst. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements mit einem derartigen Spulenkörper.

Stand der Technik

Ein aus dem Stand der Technik bekanntes magnetisches Bauelement ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Dieses Bauelement weist einen Spulenkörper 1 auf, welcher zumindest teilweise von einem Spulenkern 2 umgeben ist. Der Spulenkörper 1 umfasst dabei auch ei- nen in der Darstellung gemäß Figur 1 nicht erkennbaren Mittelbereich, welcher hohl ausgebildet ist und zur Aufnahme eines Teilbereichs des Spulenkerns 2 angeordnet ist. Der Spulenkern 2 besteht üblicherweise aus Ferrit. Wie zu erkennen ist, wird eine Wicklung 3, welche beispielsweise aus Kupferdraht gewickelt sein kann, an der Außenseite des Mittelbereichs des Spulenkörpers 1 aufgewickelt. Die Wicklung 3 ist dabei durch den Mittelbereich des Spulenkörpers 1 von dem im Inneren des Mittelbereichs angeordneten Teilbereich des Spulenkerns 1 isoliert.

Wie in Figur 1 des Weiteren zu erkennen ist. weist der Spulenkern 2 Außenschenkel 21 auf, welche benachbart zu der Wicklung 3 angeordnet sind. Die Wicklung 3 ist von diesen Außenschenkeln 21 lediglich durch eine Luftstrecke getrennt. Zur bestimmungsgemäßen Funk- tion muss jedoch eine ausreichende Isolation der Wicklung 3 gegenüber dem Spulenkern 2, insbesondere zu den Außenschenkeln 21 des Spulenkerns 2 vorhanden sein. Der Wert wird durch die Spannungsbelastung der jeweiligen Applikation festgelegt (z. B. 2000Vrms). Ge-

genüber dem Teilbereich des Spulenkerns 2, welcher im Innenraum des Mittelbereichs des Spulenkörpers 1 angeordnet ist, wird dies mit dem umhüllenden Spulenkörpermaterial sichergestellt. Zu den beiden Außenschenkeln 21 besteht jedoch lediglich diese Luftstrecke. Die einzuhaltende Luftstrecke ist abhängig von der jeweiligen Spannungsbelastung und den Fertigungsanforderungen. Dies hat zur Folge, dass der Raum, in dem die Wicklung 3 angeordnet ist, nur begrenzt nutzbar ist. Kann aufgrund eines verlustoptimierten Designs der geforderte Abstand zwischen der Wicklung 3 und den Außenschenkeln 21 nicht eingehalten werden, muss eine zusätzliche Isolation in Form eines sogenannten „Horseshoetape", wie dies in Figur 2 gezeigt ist, eingebracht werden. Dies führt jedoch zu erheblichen Mehrkosten und zu einer wesentlich aufwendigeren Ausgestaltung. Eine derartige Anordnung eines „Horseshoetape" ist auch bei höheren Isolationsfestigkeiten erforderlich, bei denen die erforderliche Luftstrecke nicht realisiert werden kann.

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Spulenkörper für eine elektrische Spule zu schaffen, mit dem eine verbesserte Isolierung der Wicklung der elektrischen Spule erzielt werden kann. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein e- lektronisches Bauelement mit einem derartigen Spulenkörper zu schaffen, bei dem ebenfalls eine bessere Isolierung zwischen einer Wicklung der elektrischen Spule und einem Spulenkern erzielt werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen elektronischen Bauelements mit einem erfindungsgemä- ßen Spulenkörper zu schaffen.

Diese Aufgaben werden durch einen Spulenkörper, welcher die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, durch ein elektronisches Bauelement, welches die Merkmale nach Patentanspruch 9 aufweist, sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements, welches die Merkmale nach Patentanspruch 12 aufweist, gelöst.

Ein erfindungsgemäßer Spulenkörper für eine elektrische Spule umfasst einen Mittelbereich, welcher eine hohle Innenstruktur zur Aufnahme eines Teilbereichs eines Spulenkerns aufweist. Der Mittelbereich des Spulenkörpers ist derart ausgebildet, dass an seiner Außenseite eine Wicklung der elektrischen Spule aufbringbar ist. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass an Seitenbereichen des Spuleπkörpers bewegbare Klappen angeord- net sind, welche derart ausgebildet sind, dass die bewegbaren Klappen im geschlossenen

Zustand als elektrische Isolierung zwischen der Wicklung und benachbart angeordneten Außenschenkeln des Spulenkerns angeordnet sind. Durch das Anbringen derartiger Klappen, welche relativ zum restlichen Spulenkörper bewegbar sind, kann erreicht werden, dass einerseits ein einfaches Aufbringen einer Wicklung durchgeführt werden kann und andererseits eine effektive elektrische Isolierung zwischen einem Spulenkern und der Wicklung erzielt werden kann. Durch die Bewegbarkeit der Klappen kann somit auch erreicht werden, dass eine aufwandsarme und somit auch kostengünstige Herstellung sowohl des Spulenkörpers selbst als auch einer elektrischen Spule gewährleistet werden kann.

In vorteilhafter Weise sind die bewegbaren Klappen an gegenüberliegenden Seitenbereichen angeordnet. Dadurch kann erreicht werden, dass insbesondere in den kritischen Bereichen, in denen die Wicklung benachbart zu den Außenschenkeln des Spulenkerns angeordnet sind, eine zuverlässige und sichere Isolierung gewährleistet werden kann.

Die bewegbaren Klappen sind in bevorzugter Weise plattenförmig ausgebildet. Dies ermöglicht eine ausreichende Isolierung im Wesentlichen über die gesamte Länge eines Seitenbe- reichs des Spulenkörpers. Darüber hinaus kann dadurch auch eine relativ platzsparende Isolierung ausgebildet werden.

In besonders vorteilhafter Weise sind die bewegbaren Klappen in dem Spulenkörper integriert. Eine einstückige Herstellung der bewegbaren Klappen mit dem restlichen Teil des Spulenkörpers gewährleistet einen relativ einfachen und aufwandsarmen Herstellungsprozess. Darüber hinaus sind keine weiteren Fertigungs- und Montageschritte mehr erforderlich, um die bewegbaren Klappen an dem Spulenkörper zu befestigen.

Die bewegbaren Klappen sind vorteilhafter Weise jeweils über eine Scharniervorrichtung mit den Seitenbereichen des Spulenkörpers verbunden. Die Scharniervorrichtungen sind bevorzugt als Filmscharniere ausgebildet. Jede der Scharniervorrichtungen ist vorteilhafter Weise gekrümmt, insbesondere bogenförmig, ausgebildet. Die Krümmung kann dabei bei einer Draufsicht auf den Spulenkörper sowohl konkav als konvex ausgebildet sein. Dadurch kann ein Bewegungsmechanismus für das öffnen und Schließen der bewegbaren Klappen geschaffen werden, bei dem die offene oder die geschlossene Endposition der bewegbaren Klappen selbständig stabil beibehalten werden kann.

Beispielsweise kann somit der geöffnete Zustand der bewegbaren Klappen beim Aufbringen der Wicklung sicher gehalten werden. Dadurch kann verhindert werden, dass der Vorgang

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des Aufbringens der Wicklung auf den Spulenkörper nicht durch ein ungewolltes Bewegen der Klappen beim Rotieren des Spulenkörpers beeinträchtigt wird. Des Weiteren kann erreicht werden, dass die Klappen selbständig den geschlossenen Zustand beibehalten, wenn die Klappen geschlossen werden.

In bevorzugter Weise ist die gekrümmte Ausbildung einer Scharniervorrichtung derart gestaltet, dass ausgehend von einem offenen Zustand der Klappen ein Schließen dieser durch eine derartige Krafteinwirkung auf die Klappen erfolgt, welche mit fortschreitendem Schließvorgang bis zu einem bestimmten Punkt ansteigt (ansteigende Kraftkurve) und nach überschreiten dieses Punktes für ein weiteres Schließen der Klappen bis zum Endzustand bevorzugt wieder abnimmt (abfallende Kraftkurve). Analog gilt dies für einen öffnungsvorgang der Klappen. Die Kraftkurve kann durch die Krümmung der Scharniervorrichtungen eingestellt werden. Entsprechend kann auch die Lage des Punktes während eines öffnungsoder Schließvorgangs der Klappen, an dem die maximale Krafteinwirkung zum weiteren Bewegen der Klappen erforderlich ist, durch die Krümmung beeinflusst werden. Dadurch kann auch eine haptische Rückmeldung über den bereits erreichten Zustand des öffnungsoder Schließvorgangs erhalten werden.

Die bewegbaren Klappen sind im Anfangszustand derart an dem Spulenkörper angeordnet, dass sie quasi im geöffneten Zustand bereitgestellt werden. Dies ermöglicht, dass das Anbringen der Wicklung ohne vorheriges Aufklappen oder Betätigen der bewegbaren Klappen ermöglicht wird. Die Bereiche an der Außenseite des Mittelbereichs des Spulenkörpers sind im Anfangszustand frei zugänglich.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement, welches einen erfindungsgemäßen Spulenkörper oder eine vorteilhafte Ausgestaltung davon aufweist. Der Spulenkörper umfasst des Weiteren eine um den Spulenkörper angeordnete Wicklung und einen Spulenkern, wobei der Spulenkern zwei Außenschenkel umfasst, welche den Spulenkörper zumindest teilweise umgreifen. Neben diesen wesentlichen Merkmalen des elektronischen Bauelements kann dieses auch weitere Elemente und weitere Ausgestaltungen aufwei- sen.

In bevorzugter Weise sind die bewegbaren Klappen nach dem Anbringen der Wicklung auf den Spulenkörper und vor dem Anbringen des Spulenkerns geschlossen. Dies ermöglicht ein relativ einfaches Positionieren der verschiedenen Elemente des elektronischen Bauelements.

Der Spulenkern des elektronischen Bauelements ist im zusammengesetzten Zustand dieses elektronischen Bauelements derart angeordnet, dass der geschlossene Zustand der bewegbaren Klappen durch den Spulenkern, insbesondere die Außenschenkel des Spulenkerns, bewirkbar ist. Dies bedeutet, dass die Anordnung des Spulenkerns und des Spulenkörpers der- art ist, dass die Außenschenkel den Seitenbereich des Spulenkörpers derart umgreifen, dass die bewegbaren Klappen im geschlossenem Zustand gehalten werden können. Es kann auch vorgesehen sein, dass der geschlossene Zustand der Klappen alternativ oder zusätzlich durch eine Rasteinrichtung gehalten werden kann.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements wird ein erfindungsgemäßer Spulenkörper oder eine vorteilhafte Ausgestaltung davon angeordnet und in dem elektronischen Bauelement verbaut. Ein Spulenkern des elektronischen Bauelements umfasst zumindest zwei Außenschenkel, welche beabstandet zu einer Wicklung, welche an einem Mittelbereich des Spulenkörpers angeordnet ist, ausgebildet sind. Die Außenschenkel werden derart positioniert, dass sie den Spulenkörper zumindest teilweise umgreifen. Ein wesentlicher Gedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass an den Spulenkörper bewegbare Klappen angebracht werden, welche nach dem Aufbringen der Wicklung auf den Spulenkörper geschlossen werden und im geschlossenen Zustand zwischen der Wicklung und den Außenschenkeln des Spulenkerns positioniert werden, wodurch eine Isolierung zwischen der Wicklung und den Außenschenkeln des Spulenkerns erzeugt wird.

In vorteilhafter Weise werden die bewegbaren Klappen an gegenüberliegenden Seiten des Spulenkorpers angespritzt. Es kann vorgesehen sein, dass der gesamte Spulenkörper einstückig durch ein Spritzgussverfahren hergestellt wird.

Der Spulenkörper wird in bevorzugter Weise nach dem Schließen der bewegbaren Klappen montiert, insbesondere derart, dass der geschlossene Zustand durch die Außenschenkel des Spulenkerns gehalten wird. Dadurch kann eine sichere Beibehaltung der Positionen der Elemente zueinander erzielt werden sowie die zuverlässige Einhaltung des geschlossenen Zu- stands der bewegbaren Klappen erzielt werden. Dadurch kann auch eine stets zuverlässige Isolierung zwischen der Wicklung und dem Spulenkern, insbesondere den Außenschenkel des Spulenkerns, erreicht werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Frontansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten elektronischen Bauelements;

Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines weiteren aus dem Stand der Technik bekannten elektronischen Bauelements;

Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spulenkörpers; und

Figur 4 eine weitere perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spulenkörpers.

Figur 5 Detailansicht einer bevorzugten Ausführungsform.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein erfindungsgemäßer Spulenkörper 1 ist in schematischer Darstellung in Figur 3 gezeigt. In seinen für die Erfindung wesentlichen Elementen umfasst der Spulenkörper 1 einen Mit- telbereich, welcher einen hohlen Innenraum I Ia aufweist. In diesen hohlen Innenraum I Ia kann ein Teilbereich eines Spulenkerns 2 (nicht dargestellt) positioniert sein. Der Mittelbereich weist eine Außenseite 1 I b auf, an der eine Wicklung 3 (nicht dargestellt) vollständig umlaufend um den Mittelbereich des Spulenkörpers 1 anbringbar ist. Wie zu erkennen ist, sind an diesen Außenseiten I I b abstehende Positionierelemente 1 1c angeordnet. Dadurch kann die an den Außenseiten 1 I b angeordnete Wicklung 3 positionsstabil gehalten werden. Als wesentliche Elemente des erfindungsgemäßen Spulenkörpers 1 sind bewegbare Klappen 12a und 12b an dem Spuleπkörper 1 angeordnet. Wie zu erkennen ist, sind im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 diese beiden Klappen 12a und 12b an gegenüberliegenden Längsseiten des im Wesentlichen viereckig ausgebildeten Spulenkörpers 1 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind diese beiden Klappen 12a und 12b am oberen Rand eines Positionierelements 1 Ic angespritzt, wobei die bewegbaren Klappen 12a und 12b jeweils über eine

Scharniervorrichtung an dem Positionierelement l lc angeordnet sind. Die Scharniervorrichtungen sind im Ausfϋhrungsbeispiel als Filmscharniere ausgebildet, wobei in Figur 3 lediglich das Filmscharnier 121 sichtbar ist. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, ist das Filmscharnier 121 mit einer Dicke ausgebildet, welche im Vergleich zur Dicke der bewegbaren Klappe 12b und dem unmittelbar an das Positionierelement l lc angrenzenden Bereich verjüngt ausgebildet ist. Im Ausfϋhrungsbeispiel weist das Filmscharnier 121 eine lineare Ausbildung auf. Dies bedeutet, dass das Filmscharnier 121 über die gesamte Länge der bewegbaren Klappe 121 gerade ausgebildet ist und im Wesentlichen am unteren Rand des Seitenbereichs des Positionierelements 1 Ic angeordnet ist. In analoger Weise ist ein Filmscharnier im Bereich der bewegbaren Klappe 12a ausgebildet und angeordnet.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Filmscharnier 121 bogenförmig ausgebildet ist und beispielsweise eine konkave Ausbildung im Hinblick auf eine Draufsichtdarstellung auf den in Figur 3 dargestellten Spulenkörper 1 aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Filmscharnier 121 an den gegenüberliegenden Endbereichen der Längserstreckung des Filmscharniers 121 am unteren Rand des Positionierelements l lc angeordnet ist und sich derart wölbt, dass es in der Mitte seiner Längserstreckung am oberen Rand des Positionierelements 1 Ic angeordnet ist. In bevorzugter Weise kann bei einer derartige Krümmung des Filmscharniers 121 der Punkt mit maximaler Krafteinwirkung zum weiteren Betätigen der bewegbaren Klappe 12b bei einem zurückgelegten Schwenkwinkel von etwa 90° ausgehend von der in Figur 3 gezeigten Ausgangsstellung der bewegbaren Klappe 12b sein. In der Ausgangsstellung kann die bewegbare Klappe 12b beispielsweise eine Neigung von etwa 30° gegenüber der Vertikalen aufweisen. Entsprechend kann die Ausgestaltung des Filmscharniers im Bereich der Klappe 12a sein.

Wie aus der Darstellung in Figur 3 zu erkennen ist, sind in diesem Ausgangszustand des Spulenkörpers 1 diese beiden Klappen 12a und 12b schräg nach oben orientiert, so dass die Zwischenbereiche zwischen diesen Positionierelementen l lc frei zugänglich sind. Dadurch kann in einfacher und aufwandsarmer Weise das Anbringen einer nicht dargestellten Wicklung an den Außenseiten 1 I b des Mittelbereichs angebracht werden.

Es kann auch vorgesehen sein, dass jede der beiden Klappen 12a und 12b zweigeteilt ist und die beiden Teile an einem oberen bzw. an einem unteren Positionierelement l lc an einer Seite des Spulenkörpers derart angeordnet sind, dass sie zum Schließen aufeinander zu bewegt werden und in bevorzugter Weise überlappend angeordnet sind, wenn ein geschlossener Zustand erreicht ist.

In Figur 4 ist eine weitere perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Spulenkörpers 1 in einem zweiten Zustand gezeigt. Hierbei ist in Figur 4 zu erkennen, dass die beiden Klappen 12a und 12b nach unten geschwenkt sind und einen geschlossenen Zustand zeigen. Die an der Außenseite I Ib des Mittelbereichs angeordnete Wicklung, welche in Figur 4 nicht eingezeichnet ist, wird dadurch an diesen Seitenbereichen durch die plattenförmigen bewegbaren Klappen 12a und 12b abgedeckt. Die bewegbaren Klappen 12a und 12b bilden dadurch eine platzsparende Isolierung der Wicklung gegenüber einem nicht dargestellten Spulenkern.

Der Spulenkern 2 (siehe Figur 1 und 2) kann nachfolgend entsprechend der Anordnung ge- maß Figur 1 und Figur 2 an dem Spulenkörper 1 angebracht werden. Dabei greift ein mittlerer Teilbereich des Spulenkerns 2 in den Innenraum 1 Ia des Mittelbereichs des Spulenkörpers 1 ein. Des Weiteren umgreifen die Außenschenkel 21 des Spulenkerns 2 den Spulenkörper 1 an den Seitenbereichen, an denen auch die bewegbaren Klappen 12a und 12b angeordnet sind. Die Formgebung des Spulenkerns 2 und des Spulenkörpers 1 sind dabei derart, dass die Außenschenkel 21 im Ausführungsbeispiel an den bewegbaren Klappen 12a und 12b anliegen und somit den Spulenkörper 1 derart umgreifen, dass die bewegbaren Klappen 12a und 12b durch die Außenschenkel 21 im geschlossenem Zustand gehalten werden. Die bewegbaren Klappen 12a und 12b dienen dann in einer derartigen zusammengesetzten Ausgestaltung eines elektronischen Bauelements mit einem derartigen Spulenkörper 1 und mit einer Wicklung 3 sowie einem Spulenkern 2 als effektive Isolierung zwischen dieser Wicklung 3 und dem Spulenkern 2, insbesondere den Außenschenkeln 21. Der Raum in dem die Wicklung 3 angeordnet wird, kann somit voll ausgenutzt werden und in verlustoptimierter Weise gestaltet werden. Die bestehende Problematik im Stand der Technik, welche entweder einen Luftspalt zwischen der Wicklung 3 und dem Spulenkern 2 oder das Anbringen eines sogenannten „Horseshoetape" vorsieht, kann durch die Erfindung verhindert werden. Die Erfindung kann für alle Spulenkernformen und alle Spulenkernmaterialien verwendet werden.

In Figur 5 ist eine Detailansicht einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. In der Aus- fiihrungsform nach Figur 4 werden die bewegbaren Klappen 12a und 12b durch den Spulen- kern in der geschlossenen Stellung gehalten. Bei ungenügender Maßhaltigkeit des Spulenkerns kann dies dazu führen, dass der Wickelraum durch die bewegbaren Klappen 12a und 12b nicht ganz abgedeckt wird, sondern ein Spalt entsteht. Dies wird durch die Ausführungsform gemäß Figur 5 verhindert. Ein Haken H schnappt beim Aufschieben des Spulenkerns

über die bewegbaren Klappen 12a und 12b und drückt diese gegen den Wickelraum. Damit ist gewährleistet, dass der Wickelraum seitlich vollständig durch die bewegbaren Klappen 12a und 12b abgedeckt ist und kein Spalt entsteht.