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Title:
RADIO FREQUENCY (RF) FUSE ELEMENT, COIL AND CONDENSOR FOR AN RF-FUSE ELEMENT AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/086607
Kind Code:
A1
Abstract:
An RF-fuse element and method for production thereof are disclosed. Said RF-fuse element is characterised by tight tolerances at the resonant frequency and concomitant low production costs.

Inventors:
NOLTE RAINER (DE)
Application Number:
PCT/EP2001/004738
Publication Date:
November 15, 2001
Filing Date:
April 26, 2001
Export Citation:
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Assignee:
METO INTERNATIONAL GMBH (DE)
NOLTE RAINER (DE)
International Classes:
G08B13/24; H01F27/00; H01F41/04; (IPC1-7): G08B13/24
Foreign References:
EP0136265A11985-04-03
DE3729031A11989-03-16
Attorney, Agent or Firm:
Menges, Rolf (Menges & Demski Postfach 14 04 31 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Spule für ein RFSicherungselement mit einem Kondensator und mit einer spiralför mig gewickelten Spule (4) mit mehreren Windungen (6), gekennzeichnet durch wenigstens eine Windung aus glattem Draht (12) und wenigstens eine Windung aus wellenförmig gebo genem Draht (14), wobei, wenn mehr als zwei Windungen vorhanden sind, Windungen aus glattem bzw. wellenförmig gebogenem Draht vorzugsweise miteinander abwechseln.
2. Spule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellentäler und Wellen berge der Windungen aus wellenförmig gebogenem Draht (14) die benachbart angeordneten Windungen aus glattem Draht (12) berühren bzw. in deren unmittelbarer Nähe angeordnet sind.
3. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Form des wellenförmig gebogenen Drahtes aus Halbwellen in Form eines Dreiecks, einer SinusHalbwelle oder eines Halbkreises zusammensetzt.
4. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Windung aus glattem Draht (12) und jede Windung aus wellenförmig gebogenem Draht (14) einen Winkel von 2 n einschließt.
5. Spule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) aus Backlackdraht hergestellt ist.
6. Kondensator für ein RFSicherungselement mit einer spiralförmig gewickelten Spule (4) mit mehreren Windungen (6) und mit einem Kondensator (8), dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (8) aus einem ersten Drahtstück (16) und einem aus zweiten Drahtstück (18) besteht, und daß das erste Drahtstück (16) und das zweite Drahtstück (18) miteinander verdrillt sind.
7. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drahtstück (16) oder das zweite Drahtstück (18) um das jeweils andere Drahtstück (18,16) gewickelt ist.
8. Kondensator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Draht stück (16) aus dem einen Ende des Spulendrahts (10) besteht und daß das zweite Draht stück (18) aus dem anderen Ende des Spulendrahts (10) besteht.
9. Kondensator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (8) aus Backlackdraht hergestellt ist.
10. RFSicherungselement mit einer spiralförmig gewickelten Spule (4) mit mehreren Windungen (6) und mit einem Kondensator (8), dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) eine Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist und daß der Kondensator (8) ein Konden sator nach einem der Ansprüche 6 bis 9 ist.
11. Verfahren zum Herstellen einer spiralförmig gewickelten Spule (4) eines RF Sicherungselements, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte : alternierend Wi ckeln von wenigstens einer Windung aus glattem Draht (12) und wenigstens einer Windung aus wellenförmig gebogenem Draht (14) auf einen Wickeldorn (22).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der wellenförmig gebo gene Draht durch Hindurchführen des ursprünglich glatten Drahts (10) durch mindestens zwei miteinander kämmende Zahnräder (26) hergestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander kämmenden Zahnräder (26) einzeln und synchron angetrieben werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel (34) des Wickeldorns (22) zur Steuerung des axialen Abstands der miteinander kämmenden Zahnräder (26) genutzt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Spule (4) Backlackdraht verwendet wird und daß der Backlackdraht erhitzt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Backlackdraht vor dem Wickeln der Spule (4) erhitzt wird.
17. Verfahren zum Herstellen eines Kondensators (8) eines RFSicherungselements, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt : Verdrillen der Enden des Spulendrahts (4) miteinander.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß während des Verdrillens die Resonanzfrequenz des Schwingkreises (2) gemessen wird und daß bei Erreichen einer bestimmten Resonanzfrequenz das Verdrillen beendet wird und die Drahtenden abge schnitten werden.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Her stellen des Kondensators (8) die überstehenden Drahtenden abgeschnitten werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14 hergestellt wird.
Description:
RADIOFREQUENZ (RF)-SICHERUNGSELEMENT, SPULE UND KONDENSATOR FÜR EIN RF-SICHERUNGSELEMENT UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG Beschreibung Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft eine Spule und einen Kondensator für ein Radiofrequenz (RF)- Sicherungselement mit einem Kondensator und mit einer spiralförmig gewickelten Spule mit mehreren Windungen, sowie ein RF-Sicherungselement nach dem Oberbegriff des An- spruchs 10 und Verfahren zum Herstellen einer Spule und eines Kondensators nach dem Oberbegriff der Ansprüche 11 bzw. 17.

Stand der Technik RF-Sicherungselemente bestehen aus einem Schwingkreis mit Spule und Kondensator. Es gibt verschiedenste Ausführungsformen von RF-Sicherungselementen, z. B. ausgebildet als selbstklebende Etiketten, als Anhänger oder als sogenannte"Hard-tags". Diese Hard-tags bestehen aus einem Schwingkreis, der in einem festen Gehäuse eingeschlossen ist, das wiederum für einen potentiellen Kaufhausdieb unlösbar mit der zu sichernden Ware verbun- den ist. Beim ordnungsgemäßen Bezahlen der Ware wird solch ein Hard-tag von der Ware entfernt, und der Käufer kann ungehindert das Kaufhaus verlassen. Im Ausgangsbereich von Kaufhäusern sind üblicherweise Überwachungszonen eingerichtet, innerhalb derer ein magnetisches Wechselfeld vorhanden ist. Wenn nun Ware, an der noch ein Hard-tag befes- tigt ist, in die Überwachungszone gelangt, wird der Schwingkreis des Hard-tags durch das magnetische Wechselfeld zur Aussendung eines charakteristischen Erkennungssignals an- geregt. Sobald das Überwachungssystem dieses Erkennungssignal registriert, wird ein A- larm ausgelöst.

Um eine möglichst hohe Detektionsrate zu erzielen, muß die Resonanzfrequenz des Schwingkreises im Hard-tag sehr genau eingestellt werden. Andererseits handelt es sich bei den Hard-tags um Hilfsmittel, die möglichst kostengünstig verfügbar sein sollen.

Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein RF-Sicherungselement bereitzustellen, des- sen Resonanzfrequenz mit geringen Toleranzen einstellbar ist und welches kostengünstig in der Herstellung ist.

Diese Aufgabe wird erfindunqsgemäß gelöst durch eine Spule für ein RF-Sicherungselement mit einem Kondensator und mit einer spiralförmig gewickelten Spule mit mehreren Windun- gen, wobei, vorzugsweise im Wechsel, Windungen aus glattem Draht und Windungen aus wellenförmig gebogenem Draht vorhanden sind. Durch den vorzugsweisen Wechsel einer Windung mit glattem Draht und mit wellenförmig gebogenem Draht ist der mittlere Abstand von benachbarten Windungen sehr groß. Dadurch ist die Spule kapazitätsarm und dement- sprechend von hoher Güte. Außerdem ist die erfindungsgemäße Spule einfach und kosten- günstig herzustellen, da an den verwandten Draht geringere Anforderungen gestellt werden.

Deshalb kann beispielsweise auf die für die Spulen hoher Güte üblicherweise verwendete Isolation aus PVC oder Seide verzichtet werden, was die Kosten des Drahtes erheblich ver- ringert.

In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wellentäler und Wellenberge der wel- lenförmig gebogenen Windungen die benachbart angeordneten Windungen aus glattem Draht berühren bzw. in deren unmittelbarer Nähe angeordnet sind, so daß trotz eines großen mittleren Abstandes der benachbarten Windungen der Spule der Platzbedarf der Spule mög- lichst gering bleibt. Außerdem werden räumliche Verschiebungen der Windungen gegenein- ander unterbunden, so daß auch die elektrischen Eigenschaften des Schwingkreises stabil sind.

Bei anderen Ausführungsformen setzt sich die Form des wellenförmig gebogenen Drahts aus Halbwellen in Form eines Dreiecks, einer Sinus-Halbwelle oder eines Halbkreises zu- sammen, so daß die Herstellung des wellenförmigen Drahts möglichst einfach erfolgen kann.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung schließt jede Windung aus glattem Draht und jede Windung aus wellenförmig gebogenem Draht einen Winkel von 2 7t ein, so daß die erfin- dungsgemäße Spule besonders kapazitätsarm ist.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß die Spule aus Backlackdraht hergestellt ist, so daß die Materialkosten für die Herstellung der Spule gegenüber den bekannten spiralförmig gewickelten Spulen mit PVC-oder Seidenisolation drastisch verringert werden.

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelost durch einen Kondensator für ein RF- Sicherungselement mit einer spiralförmig gewickelten Spule mit mehreren Windungen und mit einem Kondensator, wobei der Kondensator aus einem ersten Drahtstück und einem zweiten Drahtstück besteht, und wobei das erste Drahtstück und das zweite Drahtstück mit- einander verdrillt sind, so daß anstelle teurer handelsüblicher Kondensatoren dieser durch zwei Stücke Draht ersetzt wird.

In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, daß das erste Drahtstück oder das zweite Drahtstück um das jeweils andere Drahtstück gewickelt ist, so daß das Verdrillen vereinfacht ist und die Herstellungskosten gesenkt werden.

Bei einer anderen Ausführung besteht das erste Drahtstück aus dem einen Ende des Spu- lendrahts und das zweite Drahtstück aus dem anderen Ende des Spulendrahts, so daß der gesamte Schwingkreis aus einem Stück Draht herstellbar ist, die Verbindung von Spule und Kondensator entfällt und somit die Herstellungskosten weiter reduziert werden.

In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kondensator aus Backlackdraht herge- stellt ist, so daß die Materialkosten für den erfindungsgemäßen Kondensator gering gehalten werden.

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein RF-Sicherungselement mit einer spiralförmig gewickelten Spule mit mehreren Windungen und mit einem Kondensator, wobei die Spule eine Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist und wobei der Kondensator ein Kondensator nach einem der Ansprüche 6 bis 9 ist, so daß die Vorteile sowohl der erfin- dungsgemäßen Spule als auch des erfindungsgemäßen Kondensators in einem RF- Sicherungselement vereint sind.

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer spiralförmig gewickelten Spule eines RF-Sicherungselements, bei welchem, vorzugsweise alternierend, eine Windung aus glattem Draht und eine Windung aus wellenförmig geboge- nem Draht auf einen Wickeldorn gewickelt werden. Durch dieses Verfahren ist eine erfin- dungsgemäße Spule herstellbar, was zu den oben genannten Vorteilen führt.

In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, daß der wellenförmig gebogene Draht durch Hindurchführen des ursprünglich glatten Drahts durch mindestens zwei miteinander käm- mende Zahnräder hergestellt wird, so daß auf einfache Weise ein kontinuierliches Herstellen von wellenförmig gebogenem Draht möglich ist. Eine andere Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Spule nach einem Verfahren nach einem der An- sprüche 11 bis 14 hergestellt wird, so daß auch die oben genannten Vorteile des erfindungs- gemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Spule zum Tragen kommen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, der Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 einen herkömmlichen Schwingkreis eines RF-Sicherungselements ; Fig. 2 einen Schwingkreis mit einer erfindungsgemäßen Spule und einem erfin- dungsgemäßen Kondensator ; Fig. 3 eine Vorrichtung zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Spule ; und Fig. 4 eine Vorrichtung zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Kondensators.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Schwingkreis 2 eines RF-Sicherungselements mit einer spi- ralförmig gewickelten Spule 4 mit mehreren Windungen 6 und einem Kondensator 8 darge- stellt. Durch geeignete Bemessung der Spule 4 und des Kondensators 8 kann die Reso- nanzfrequenz des Schwingkreises vorgegeben oder eingestellt werden. Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, daß die Spule 4 aus Draht mit PVC-oder Seidenisolation hergestellt werden muß, um eine kapazitätsarme Spule hoher elektrischer Güte zu erhalten. Dieses Material ist vergleichsweise teuer, was sich auf die Produktionskosten des RF- Sicherungselements auswirkt. Außerdem muß ein handelsüblicher Kondensator 8 mit genau festgelegter Kapazität inner- halb relativ enger Toleranzgrenzen verwendet werden, da Toleranzen der Kondensatorkapa- zität zu unerwünschten Änderungen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises führen. Die Kondensatoren mit der erforderlichen Genauigkeit müssen vorselektiert werden und sind deshalb vergleichsweise teuer. Schließlich ist der Herstellungsprozess aufwendig, da unter- schiedliche Materialien und Bauteile eingesetzt werden müssen und diese durch Crimpen oder Löten miteinander verbunden werden müssen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spule 4 und eines erfin- dungsgemäßen Kondensators 8. Beide den Schwingkreis 2 bildenden Bauelemente beste- hen aus einem Stück Draht 10, in einer Ausführungsform aus Backlackdraht. Der Draht 10 braucht keine PVC-oder Seidenisolation, so daß er vergleichsweise preiswert ist. Dies gilt insbesondere für Backlackdraht.

Der zur Herstellung einer kapazitätsarmen, spiralförmig gewickelten Spule 4 erforderliche große mittlere Abstand zwischen den Windungen 6 wird bei der erfindungsgemäßen Spule 4 dadurch erreicht, daß vorzugsweise auf eine Windung aus glattem Draht 12 eine Windung aus wellenförmig gebogenem Draht 14 folgt. Dadurch ergibt sich trotz des möglichen Kon- takts zwischen den Wellentälern und Wellenbergen der Windungen aus wellenförmig gebo- genem Draht 14 mit der benachbarten Windung aus glattem Draht 12 ein großer mittlerer Abstand der benachbarten Windungen 12 und 14 und damit die gewünschte kapazitätsarme Spule 4. In Fig. 2 ist deutlich zu erkennen, daß sowohl die Windungen aus glattem Draht 12 als auch die Windungen aus wellenförmig gebogenem Draht 14 sich jeweils über einen Win- kel von 2 Tc erstrecken. Dadurch wird ein maximaler mittlerer Abstand der Windungen er- reicht und die Eigenschaften des Schwingkreises 2 werden weiter verbessert.

Der erfindungsgemäße Kondensator 8 besteht aus den Enden 16 und 18 des Drahtes 10, aus dem die Spule 4 gewickelt wurde. Die gewünschte Kapazität des Kondensators 8 wird durch gegenseitiges Verdrillen der beiden Drahtenden 16 und 18 hergestellt. Je mehr die Drahtenden 16 und 18 gegeneinander verdrillt werden, desto größer ist die Kapazität des durch die Drahtenden 16 und 18 gebildeten Kondensators 8. Damit faßt sich während des Herstellungsprozesses die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 2 auf den gewünschten Wert einstellen.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen einer erfindungsgemä- ßen Spule 4 schematisch dargestellt. Von einer Vorratstrommel 20 wird Draht 10 abgewi- ckelt und auf einen Wickeldorn 22 aufgerollt. Der Wickeldorn 22 ist seitlich abgedeckt, damit der Draht 10 nicht seitlich vom Wickeldorn 22 abrutschen kann. Ein Teil der Abdeckung 23 ist in Fig. 3 freigeschnitten dargestellt, so daß die Windungen aus glattem Draht 12 sowie die Windungen aus wellenförmig gebogenem Draht 14 sichtbar sind. Zwischen der Vorrats- trommel 20 und dem Wickeldorn 22 ist eine Einrichtung 24 vorgesehen, mit deren Hilfe der Draht 10 wellenförmig gebogen werden kann. Zentrales Bauteil dieser Ausführungsform 24 sind zwei Zahnräder 26, deren Zähne 28 miteinander kämmen. Das Kopfspiel und das Flan- kenspiel der Zähne 28 sind so bemessen, daß der Draht 10 nicht gequetscht wird und daß außerdem die Isolation nicht durch die Zähne 28 beschädigt wird. Die Zahnräder 26 sind drehbar an Schwenkhebeln 30 gelagert. Über eine Verstelleinrichtung 32 kann der Abstand der Zahnräder zueinander verändert werden. Wenn auf den Wickeldorn 22 eine Windung aus glattem Draht 12 gewickelt werden soll, wird der Abstand der Zahnrä- der 26 zueinander so weit vergrößert, daß der Draht 10 ungehindert und ohne Verformung durch die Lücke zwischen den Zahnrädern 26 transportiert werden kann. Wenn eine Win- dung aus glattem Draht 12 fertiggestellt wurde und der Draht 10 wieder wellenförmig gebo- gen werden soll, wird das dadurch erreicht, daß der Abstand der Zahnräder 26 durch die Verstelleinrichtung 32 wieder so weit verringert wird, daß eine wellenförmige Verformung des Drahtes 10 erfolgt und andererseits keine Beschädigung der Isolation des Drahtes 10 statt- findet. Die Verstellung des Abstandes zwischen den Zahnrädern 26 kann auch auf andere Weise, z. B. durch eine Linearführung der Zahnräder erfolgen.

Da die Länge der Windungen 12 und 14 mit zunehmendem Durch- messer der Spule 4 ansteigt, muß die Verstelleinrichtung 32 über den Drehwinkel 34 des Wickeldorns 22 gesteuert werden. Andeutungsweise ist in Fig. 3 ein Winkelmesser 36 vor- gesehen, der den Drehwinkel des Wickeldorns 22 erfaßt und entsprechend die Verstellein- richtung 32 so betätigt, daß abwechselnd Windungen aus glattem Draht 12 und Windungen aus wellenförmig gebogenem Draht 14 auf den Wickeldorn 22 aufgewickelt werden. Selbst- verständlich muß ein entsprechender Vorlauf, der sich aus dem räumlichen Abstand zwi- schen den Zahnrädern 26 und dem Wickeldorn 22 ergibt, bei der Steuerung der Verstelleinrichtung 32 berücksichtigt werden.

Wenn die Spule 4 fertiggewickelt wurde, wird das eine Drahtende 16 der Spule 4 in einer Vorrichtung zum Herstellen eines verdrillten Drahtkondensators 38 eingeklemmt. Das ande- re Ende wird dadurch hergestellt, daß der Draht 10 mit einem Messer 40 od. dgl. abgetrennt wird. Anschließend schwenkt die Vorrichtung 38 in die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Posi- tion, und es wird das zweite Ende 18 des Drahtes zwischen zwei Klemmbacken 42 einge- klemmt. Nun beginnt die Vorrichtung 38 sich beispielsweise in Richtung des Pfeils 44 zu drehen und somit die Drahtenden 16 und 18 der Spule 4 gegeneinander zu verdrillen. So- bald die gewünschte Kapazität des Kondensators erreicht ist, was über die Resonanzfre- quenz des Schwingkreises mit Hilfe der Sende- (50) und Empfangseinheit (52) gemessen werden kann, wird das Verdrillen beendet und der Schwingkreis, bestehend aus einer erfin- dungsgemäßen Spule 4 und einem erfindungsgemäßen Kondensator 8, ist fertig. Falls es gewünscht wird, kann der an den Drahtenden 16 und 18 überstehende Draht 10 mit dem Messer 40 od. dgl. abgeschnitten werden.

Fig. 4 zeigt eine zwischen zwei Backen 46 eingeklemmte Spule 4 sowie eine Vorrichtung 38 zum Herstellen eines verdrillten Kondensators 8. Während der durch den Pfeil 48 angedeu- teten Drehung der Vorrichtung 38 wird über eine Sendeeinheit 50 ein elektromagnetisches Wechselfeld in den aus Spule 4 und Kondensator 8 bestehenden Schwingkreis eingekoppelt.

Eine Empfangseinheit 52 empfängt das ausgesandte elektromagnetische Wechselfeld und ermöglicht während des Verdrillens eine kontinuierliche Messung der Resonanzfrequenz. Bei Erreichen der gewünschten Resonanzfrequenz kann das Verdrillen der Drahtenden 16 und 18 beendet werden und der Schwingkreis ist fertiggestellt. Zum Versäubern kann anschlie- ßend noch eventuell überstehender Draht abgetrennt werden.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfin- dungswesentlich sein. Das abwechselnde oder alternierende Wickeln von Windungen glatten und wellenförmig gebogenen Drahtes kann bei Bedarf durch Wickeln von mehreren Windun- gen glatten Drahtes gefolgt von mehreren Windungen wellenförmig gebogenen Drahtes, und umgekehrt, ersetzt werden.