Bezeichnung der Erfindung:

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Anordnung aus einem Träger und einer Luftspule

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor¬ richtung zur Herstellung einer Anordnung aus einem Träger und einer eine mit einem Isolationsmaterial umhüllten Wickeldraht gewickelten Luftspule mit einem im Vergleich zur Stärke der Luftspule relativ großflächigen Kernmaß, insbesondere ohne festen Spulenkern und mit relativ geringer Windungs- und Steigungs- bzw. Lagenzahl vermittels einem Wickelwerkzeug mit einem Wickelkern zur Ablage und Abstützung der Luftspule und einem Wickelorgan zur Abgabe bzw. Zufuhr des Wickeldrahtes auf den Wickelkern, wobei Wickelkern und Wickelorgan relativ zueinander drehbeweglich gelagert sind.

Die herkömmlicherweise aus Lackdraht gewickelten Luftspulen großflächiger Kernmaße ohne festen Wickelkern mit wenigen Windungen und Steigungen sind sehr problematisch in ihrer Formfixierung mittels einer thermischen Auflage, und somit in ihrer Formtreue für die weitere Handhabung der Luftspulen. Eine Automatisierung für eine Hochvolumenstückzahl ist hier- bei nur mit einem enormen zusätzlichen mechanischen Aufwand mit einem deutlichen Verlust der Formtoleranzen möglich. Eine bisherige Verarbeitung von gewickelten Luftspulen mit Kupfer¬ lackdrähten ohne Wickelkern war lediglich durch eine Formfi¬ xierung mittels Einsatz einer thermisch aktivierbaren Lack- Auflage, dem sogenannten Backlack, auf dem isolierten Wickel¬ draht möglich. Dies bedingt nach dem eigentlichen Wickelpro¬ zeß mittels Flyertechnik oder auch mit rotierendem Wickelkern generell den Einsatz eines integrierten Verbackungsprozesses dieser thermischen Lackauflage zur Formfixierung derartiger Luftspulen. Hierbei wird im allgemeinen neben der chemischen Vernetzung der Lackauflage zur Verbackung eine Heißluftumspü- lung oder eine induktive Drahterwärmung benutzt. Der hierzu

erforderliche von außen zu steuernde Temperaturprozeß ist f _ü r einen vollautomatisierten Prozeßablauf nur unzureichend sta- bilisierbar. Bei Heißlufteinsatz ist die Betriebstemperatur des Wickelwerkzeuges em wesentlicher Prozeßparameter, der takt- und prozeßzeitbedingt ein sehr träges Verhalten auf¬ weist. Die Verbackungsgute der Wicklung wird zudem von der starken Streuung der Backlackdicke, sowie von der Spulenform beeinflußt. Äußerst kritisch hinsichtlich der Formstabilitat sind namentlich ebene, planparallele Wicklungen mit wenigen Windungen und Steigungen. Bei der Verbackung mittels Span- nungserwarmung muß der Lackdraht am Drahtanfang und Drahtende hinreichend abisoliert werden, um eine entsprechende hohe elektrische Spannung für die benotigte Widerstandserwarmung einkoppeln zu können. Im Anschluß dieses diffizilen Verbak- kungsprozesses, vornehmlich für Luftspulen mit wenigen Win¬ dungen, werden die Luftspulen mit dieser nunmehr verliehenen Formstabilitat aus dem Wickelwerkzeug entnommen und eine Zwi¬ schenablage erst dem weiteren Verarbeitungsschritt zugeführt. Hierbei erhohen sich u.a. bei den beschriebenen Spulentypen ihre Form- und Geometrietoleranzen zum Teil erheblich, was oftmals eine Formkorrektur im Folgeprozeß notwendig macht.

Zwar ist aus der DE 42 01 138 AI, von der der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 ausgeht, dadurch eine gewisse Vereinfachung vorgegeben, daß zur Vermeidung einer Klebeverbindung der Win¬ dungen der Luftspule mit einer Wickelflache eine thermopla¬ stische Klebstoffschicht aufgebracht ist, auf deren Auflage¬ flache die Luftspule direkt gewickelt wird. Dies ändert _j e¬ doch nichts an der prinzipiell erforderlichen Klebstoff- schicht, die bereits wahrend des Wickelvorganges vorhanden ist, und in welche die Windungen der Spule beim Pressen ein¬ gedruckt werden. Damit sind die eingangs erläuterten Nachtei¬ le im Hinblick auf ungunstige Formfixierung mittels der ther¬ mischen Auflage insbesondere bei Luftspulen mit nur wenigen Windungen und Steigungen weiterhin vorhanden, eine Automati¬ sierung der Herstellung in größeren Stuckzahlen nur mit er-

heblichem Zusatzaufwand bei einem deutlichen Verlust der Formtoleranzen möglich.

Em weiteres Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Herstellung einer Spulenanordnung ist in der DE 43 07 064 AI aufgezeigt; auch bei diesem vorbekannten Verfahren werden nach Erreichen der erforderlichen Wicklungszahl die Wickelbewegungen beendet und es erfolgt über eine im Wickeltisch etwa m Form einer Heizpatrone vorgesehene Heizeinrichtung eine Beheizung der Spule, wodurch die Backlackbeschichtung des Wickeldrahtes an¬ geschmolzen wird, resultierend in einem Verkleben der einzel¬ nen Wickeldrahtwindungen nach einem Abkuhlungsvorgang. Erst nach der Formfixierung durch thermische Verpackung wird die Spule der Weiterverarbeitung zugeführt, was wie oben darge- stellt, insbesondere bei Luftspulen mit wenigen Windungen und Steigungen oftmals zu einem Verlust der Form- und Lagefixie- rung einhergeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Herstellung einer aus Lackdraht gewik- kelten Luftspule mit relativ großflächigem Kernmaß ohne fe¬ sten Spulenkern mit wenigen Windungen und Steigungen zur Ver¬ fugung zu stellen, welches bzw. welche mit relativ geringem Fertigungsaufwand bei Gewährleistung einer Form- und Lagesta- bilitat der gewickelten Luftspule einen vollautomatisierten Fertigungsprozeß mit hohen Stuckzahlen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4 gelost.

Erfindungsgemaß ist vorgesehen, daß nach dem eigentlichen Wickelprozeß die Spule direkt, d.h. in ihrer noch am Wickel¬ kern einen vorgespannten Zustand aufweisenden und daher die genaueste Form und Lage besitzende Spule, auf einen Trager positioniert und über geeignete Verbindungstechniken fixiert wird. Der Trager ist somit Transport- und gleichzeitig Ver¬ packungsmittel für die Luftspule in einer baulichen Einheit.

Die Positionierung auf dem Trager kann hierbei vorzugsweise direkt von dem Wickelwerkzeug oder von einem geeigneten sepa¬ raten Handlingsystem mit dem Tragermaterial erfolgen. Der we¬ sentliche Vorteil liegt hierbei in der formgetreuen Übergabe und Fixierung der Luftspule auf den Trager bei noch gespann¬ ten Drahtenden der Spule. Demgegenüber muß bei der Verwendung des bisher üblichen Ablagesystems die Luftspule mit einem ho¬ hen Aufwand und ohne zusatzliche Wertschopfung, sowie vor al¬ len deren Enden, mechanisch zentriert und unter Verlust von Genauigkeiten und Zuverlässigkeiten der Stabilisierung neu ausgerichtet werden. Erfindungsgemaß werden aufgrund des Feh¬ lens der herkommlicherweise zusatzlich notwendigen thermi¬ schen Schichtauflage zudem die Verbindungstechniken der Spu¬ lenenden gunstig beeinflußt, wobei aufgrund fehlender Tempe- raturdifferenzen eine höhere Lage- und Formgenauigkeit der Spule beim Wickeln erzielt, sowie der Wickelprozeß generell vereinfacht werden kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung be- sitzt die Vorrichtung einen Tragerhalter, vermittels welchem der Träger wahrend der Übertragung und Positionierung der Luftspule gehalten und abgestutzt wird. Der Trager kann hin¬ sichtlich seines Materials, seiner Formgebung und seinen Ab¬ messungen nach an sich entsprechend der herzustellenden An- Ordnung, in welche die Luftspule samt Trager einzubauen ist, vielfältige Variationen besitzen. Bei einer insbesondere be¬ vorzugten Anwendung der Erfindung stellt die herzustellende Anordnung ein elektrisches oder elektronisches Bauelement oder Bauteil dar, welches insbesondere eine geringe Dicke bis zu etwa wenigen mm aufweist. Besonders geeignet ist die Er¬ findung zur Fertigung von Luftspulen mit nur sehr wenigen Windungszahlen und wenigen Anzahlen von aufeinanderliegenden Windungsschichten, wie sie insbesondere in Chipkarten oder auch elektronischen Leiterplatten eingebaut werden. In diesem Fall stellt der Trager insbesondere eine dünne Kunststoffolie oder dünne Kunststoffplatte dar, in bzw. auf der die gewik- kelte Luftspule positioniert und fixiert wird. Die Dicke ei-

ner solchen Kunststoffolie oder Kunststoffplatte kann etwa b ⁱ s zu 100 μm betragen. Eine solche Abmessung reicht aus d _i e befest ⁱ gte Luftspule bei ausreichender mechanischer Festig¬ ke ⁱ t und Stabilität formgetreu und lagegetreu zu halten und abzustutzen und einem Einbau in beispielsweise eine Chipkarte oder e ⁱ nem Aufbau m eine Leiterplatte zuzuführen. Gegebenen _¬ falls kann der Trager vor dem Einbau in die Anordnung we _i te _¬ ren Verarbe ⁱ tungsschritten zugeführt werden, beispielsweise k ^ö nnen Bereiche des Tragers ausgestanzt oder gepr _ä gt werden.

Weiterhin kann bei einer konkreten Ausgestaltung der Erfin _¬ dung vorgesehen sein, daß der Wickelkern des Wickelwerkzeugs e ⁱ ne Ablageflache mit einer der Gesamtbreite der zu wickeln _¬ den Luftspule entsprechenden Breite und eine Anlageflache m _i t e ⁱ ner wenigstens der Anzahl der abgelegten Wickeldrahtsch _i ch- ten entsprechenden oder überragenden Hohe aufweist. Hierbei kann vorgesehen sein, daß das Wickelwerkzeug mit einem Aus¬ werfer ausgestattet ist, um nach Fertigstellung der gewickel _¬ ten Luftspule die Ausgabe aus dem Wickelwerkzeug an den Tra _¬ ger wegen der unter einer mechanischen Spannung stehenden Spule zu erleichtern.

We ⁱ tere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausfuh- rungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

F ⁱ g. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Wickelwerk _¬ zeuges mit Wickelkern und Wickeldraht zur Verdeutlichung des erf ⁱ ndungsgemaßen Verfahrens und der erfindungsgemaßen _V or- richtung;

F ⁱ g. 2 eine schematische Seltenschnittdarstellung eines er¬ sten Ausfuhrungsbeispieles gemäß der Erfindung mit einem Flyerwickelsystem;

Fig. 3 eine schematische Seltenschnittdarstellung eines er¬ sten Ausfuhrungsbeispieles gemäß der Erfindung mit einem Wik- kelsystem mit rotierendem Wickelkern;

Fig. 4 eine vergrößerte schematische Teilschnittansicht des Tragers mit eingebetteter Luftspule; und

Fig. 5 eine schematische Teilschnittansicht des Tragers mit vermittels Klebstoffmaterial fixierter Luftspule.

In den Figuren ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer aus Lackdraht 1 gewickelten Luftspule 2 mit einem im Vergleich zum Drahtdurchmesser der Luftspule relativ großflächigen Kernmaß ohne festen Spulenkern und mit relativ geringer Wm- dungs- und Steigungszahl schematisch dargestellt. Die Vor¬ richtung umfaßt gemäß Fig. 1 ein Wickelwerkzeug 3 mit einem Wickelkern 4 zur Ablage und Abstutzung der Luftspule 2 und mit einem Wickelorgan 5 zur Abgabe bzw. Zufuhr des Wickel¬ drahtes 1 auf den Wickelkern 4. Der Wickelkern 4 besitzt eine der gewünschten Form der Luftspule 2 entsprechende äußere

Formgebung, im dargestellten Beispiel eine für die Verwendung der Luftspule 2 in Chipkarten im Scheckkartenformat geeignete Formgebung. Der Wickelkern 4 und das Wickelorgan 5 sind rela¬ tiv zueinander drehbeweglich in dem Wickelwerkzeug 3 gela- gert.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Flyerwickelsystem 6 ist das Wickelorgan 5 als sogenannter Flyer 7 ausgebildet, der durch einen Antrieb 8 um den als Gegenhalter 9 ausgebildeten Wik- kelkern 4, welcher im Wickelwerkzeug 3 starr abgestutzt ist, drehangetrieben wird. Der Gegenhalter 9 besitzt an der Außen¬ seite eine dem Durchmesser des Wickeldrahtes 1 entsprechende Breite besitzende Ablageflache 10, auf der der vom umlaufen¬ den Flyer 7 abgegebene Wickeldraht 1 in aufeinanderliegenden Windungen abgelegt wird, sowie eme Anlageflache 11 mit einer der Zahl der abgelegten Wickeldrahtschichten (dargestellt sind vier Lagen) überragende Hohe. Dem Gegenhalter 9 gegen-

uberliegend angeordnet ist em einen Trager 12 abstutzender Tragerhalter 13, wobei der Trager 12 samt Luftspule 2 als baulich vereinigte Einheit in die herzustellende Anordnung, beispielsweise eine Chipkarte, eingebaut wird. Erfindungsge- maß wird die auf den Wickelkern 4 bzw. dem Gegenhalter 9 des Wickelwerkzeuges 3 gewickelte Luftspule 2 unmittelbar nach Fertigstellung des Wickeischrittes direkt und formgetreu auf den Trager 12 übertragen und positioniert, und anschließend mit dem Trager 12 fixiert, beispielsweise vermittels Ultra- schall, Prägung, thermischer und/oder UV-hartender Klebever¬ bindung, Haftklebefolie oder dergleichen.

In der Fig. 3 ist schematisch em zweites Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung mit einem Wickelwerkzeug 3 dargestellt, bei dem der Wickelkern 4 über einen Antrieb 14 um die Drehachse 15 drehangetrieben wird, und das lediglich schematisch angedeu¬ tete Wickelorgan 5 feststeht. Nach Fertigstellung des Wickel- schrittes wird der Wickelkern 4 mit der darauf befindlichen Luftspule 2 über einen Schwenkmechanismus 16 gemäß Pfeilπch- tung 17 m eme Abgabebetriebsstellung verbracht, bei welcher der Wickelkern 4 in eme dem Trager 12 zugewandte Stellung gebracht wird, so daß die Luftspule 2 m ahnlicher Weise wie bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 2 formgetreu auf den Trager 12 übertragen und positioniert, und anschließend mit dem Trager 12 fixiert werden kann.

Die Fig. 4 und 5 zeigen in schematischen Schnittansichten zwei besonders bevorzugte Möglichkeiten der Fixierung der Luftspule 2 m dem Trager 12. Gemäß Fig. 4 sind die vier Wm- düngen der aufgrund des Wickelvorganges noch eine gewisse er¬ höhte Temperatur aufweisenden Luftspule 2 thermisch in eine Kunststoffolie eingebettet, wahrend bei der Darstellung gemäß Fig. 5 die Windungen der Luftspule 2 mittels eines schema¬ tisch angedeuteten Klebemittels 18 auf der Oberflache des Tragers 12 fixiert sind.