DE10139447A1

DE10139447A1 - Spulenaufbau

Info

Publication number: DE10139447A1
Application number: DE2001139447
Authority: DE
Inventors: Juergen Eckart; Richard Hoffmann; Willy Kring; Roberto Schlenker
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2003-02-20

Abstract

Bei bisherigen Spulenaufbauten wird als Spulenjoch ein Metallblech mit magnetischen Eigenschaften verwendet. Dieses Metallblech muss zur Anpassung an die Spulengeometrie mehreren aufwendigen Formprozessen unterworfen werden. DOLLAR A Um die Anbringung des Spulenjochs an die Spule zu erleichtern und eine hohe Passgenauigkeit des Spulenjochs an die Spulengeometrie zu erzielen, wird eine magnetische Vergussmasse verwendet. Mit dieser magnetischen Vergussmasse wird der Spulenkörper mit der spulenförmig gewickelten Drahtanordnung umspritzt oder vergossen, wodurch verschiedene Jochgeometrien ermöglicht werden, die bei einem Blechaufbau nur sehr schwer realisiert werden können. DOLLAR A Spulenaufbauten mit einem Spulenjoch aus Vergussmaterial eignen sich vor allem für Kraftfahrzeugsteuergeräte, die kompakt und kostengünstig aufgebaut sein müssen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spulenaufbau aus mindestens einer spulenförmig gewickelten Drahtanordnung, insbesondere Spulenaufbauten in Kraftfahrzeugsteuergeräten, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und Verfahren zur Herstellung dieser Spulenaufbauten gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 7 und 8.
Herkömmliche Spulenaufbauten weisen ein Spulenjoch zur Führung des magnetischen Flusses auf, das aus einem Metallblech besteht, welches magnetische Eigenschaften wie z. B. einem Eisenblech aufweist. Zur Herstellung eines Spulenjochs aus einem Metallblech werden mehrstufige Formprozesse benötigt. In manchen Fällen muss das Spulenjoch aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden.

In der DE 42 32 205 C2 wird ein Spulenjoch offenbart, das aus einem metallenen Jochring besteht. Dieser Jochring muss zuerst durch einen aufwendigen Prozess vorgefertigt werden. Der Jochring wird bei der Montage über den mit Draht bewickelten Spulenkörper gesteckt und dient dazu, den magnetischen Rückfluss der Spule zu führen. Durch Presspassung werden die bewickelten Spulenkörper im Jochring gehalten. Danach werden die Spulen mit dem Jochring in ein Gehäuse eingebracht und dort mit anderen Komponenten vergossen.

Nachteilig bei solchen Anordnungen ist es, dass das Spulenjoch aufwendig hergestellt, das Spulenjoch nachträglich an die gewickelte Spule angepasst und zum Schluss der komplette Spulenaufbau in einem Gehäuse vergossen werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es den Montageaufwand für das Spulenjoch selbst und für die Anbringung an den umwickelten Spulenkörper zu reduzieren. Eine weitere Aufgabe besteht darin die magnetischen Eigenschaften des Spulenaufbaus zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spulenaufbau mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch die Verfahren zur Herstellung solcher Spulenaufbauten mit den Merkmalen der Patentansprüche 7 und 8 gelöst. Hierbei wird für das Spulenjoch des Spulenaufbaus ein Verguss- oder Spritzgussmaterial verwendet, das magnetische Eigenschaften aufweist, wie es beispielsweise dann der Fall ist, wenn herkömmliches Vergussmaterial mit Eisenpartikeln angereichert wird.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass sich der Platzbedarf für einen Spulenaufbau mit einem Spulenjoch aus magnetischer Vergussmasse reduziert. Ferner kann die Geometrie des Spulenjochs frei gewählt werden, so dass das Spulenjoch weitere Aufgaben, insbesondere mechanischer Art, erfüllen kann. Durch einen solchen Aufbau verbessert sich auch die Wärmeableitung der gesamten Anordnung. Der Verguss oder das Umspritzen ist wesentlich einfacher durchzuführen als die bisherigen Blechverformungen. Auch der Montageaufwand reduziert sich erheblich, da in einem Arbeitsgang der Spulenaufbau vergossen und gleichzeitig das Spulenjoch passgenau angebracht wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei kann das aus Vergussmaterial bestehende Spülenjoch Rastmittel, Aufsetzkanten oder spezielle Wandformen aufweisen werden, so dass es weiteren Aufgaben, insbesondere mechanischer Art, gerecht wird.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Kurze Beschreibung der Figuren:
Fig. 1 Spulenaufbau vor dem Verguss
Fig. 2 Spulenaufbau nach dem Verguss
Fig. 3 Vergossenes Spulenjoch mit Rastvorrichtungen
Fig. 4 Vergossenes Spulenjoch mit zwei Einzügen
Fig. 5 Vergossenes Spulenjoch mit Flansch und Ausstülpung
Fig. 1 zeigt den Spulenaufbau vor dem Verguss. Dieser besteht aus einem Spulenkörper 1 und einer Drahtanordnung 2. Der Körper 1 besteht aus einer Kunststoffspule. Auf diese Kunststoffspule 1 ist der Draht bzw. die Drahtanordnung 2 spulenförmig ein- oder mehrlagig aufgewickelt. Die elektrischen Anschlüsse 11 für die Drahtanordnung 2 ragen aus dem Spulenkörper 1. Das Innere der Kunststoffspule 1 ist hohl, so dass ein nicht dargestelltes Ventil oder ein Ventildom darin axial bewegt werden kann. Der Hohlraum im Innern der Kunststoffspule 1 kann, wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, an verschiedenen Stellen einen unterschiedlichen Umfang aufweisen, dies dient beispielsweise zur Aufnahme eines Jocheinzugs, wie in den nachfolgenden Figuren erläutert. Diese Spulenanordnung wird allein oder zusammen mit mehreren Spulen (dieses Ausführungsbeispiel ist nicht in den Figuren dargestellt) in einer Spritzguss- oder Vergussvorrichtung platziert und vergossen oder umspritzt. Die hierfür verwendete Verguss- oder Spritzgussmasse weist magnetische Eigenschaften auf. Vorzugsweise besteht sie aus Epoxydharz oder einem anderem Kunststoff in dem magnetische Partikel oder Füllstoffe, wie z. B. Eisenspäne gleichmäßig verteilt sind.
Die magnetischen Eigenschaften der Verguss- oder Spritzgussmasse können zusätzlich verbessert werden, wenn die Spulenanordnung während des Aushärtevorgangs bestromt wird, so dass das Magnetfeld der Drahtanordnung die magnetischen Partikel ausrichtet.
Fig. 2 zeigt einen Spulenaufbau 5 nach dem Verguss. Hierbei wird das Spulenjoch 4 von der ausgehärteten Vergussmasse 3 gebildet, wobei die Vergussmasse 3 magnetische Eigenschaften aufweist. Das Spulenjoch 4, das durch einen Verguss, bzw. einem Spritzguss- oder einem anderen Gießverfahren an die Abmessungen der Spulenanordnung angepasst wird, ist unmittelbar um die Drahtanordnung 2 bzw. um den Spulenkörper 1 angeordnet. Bei einem solchen Spulenjochaufbau bildet sich kein Luftspalt zwischen Spulenjoch 4 und äußerer Drahtwicklung aus. Zur Vermeidung elektrischer Kontakte zwischen Drahtwicklungen 2 und magnetischer Vergussmasse 3 ist die Drahtanordnung 2 mit einer isolierenden Lackschicht überzogen oder mit einem anderen elektrischen Isolator überdeckt.
Das Spulenjoch 4, das für den magnetischen Rückfluss der Spulanordnung benötigt wird, weist in diesem Anwendungsbeispiel an der ventilseitigen Öffnung 14 einen schmalen Wulst 12 auf, der um die Öffnung 14 ins Spuleninnere herum angeordnet ist. Dieser Wulst dient zur Vergrößerung der Austrittsfläche der Magnetfeldlinien, wodurch die magnetischen Eigenschaften ähnlich verbessert werden, wie es ein direkter Kontakt der magnetisch leitenden Materialien bewirkt.
Auf der gegenüberliegenden Spulenöffnung ist dagegen ein Jocheinzug 13. Der Jocheinzug 13 ist so ausgebildet, dass er zusammen mit dem Spulenkörper 2 im Innern der Spule eine ebene Fläche ausbildet, so dass die Öffnung 14 über die gesamte Länge denselben Innendurchmesser hat. Dieser Spuleneinzug 13 dient zur Vergrößerung der Austrittsfläche der Magnetfeldlinien, wodurch die magnetischen Eigenschaften ähnlich verbessert werden, wie es ein direkter Kontakt der magnetisch leitenden Materialien macht.
Ferner weist das magnetische Joch 4 weitere Öffnungen auf durch welche die Anschlussvorrichtungen 11 der Spulenanordnung herausragen.
In Abhängigkeit vom Aufbau des Gießwerkzeuges können dann auch gleichzeitig mehrere Spulen mit einem gemeinsamen Joch versehen werden.
Fig. 3 zeigt ein vergossenes Spulenjoch mit Rastvorrichtungen. Auch hier besteht der Spulenaufbau 5 aus einem Spulenkörper 1, welcher vorzugsweise aus Kunststoff besteht, einer spulenförmig gewickelten Drahtanordnung 2, die bei Stromfluss ein magnetisches Feld erzeugt, und dem Spulenjoch 4, das den magnetischen Fluss führt. Das Spulenjoch 4 besteht aus einer Vergussmasse 3, die magnetische Eigenschaften aufweist.
Die magnetischen Eigenschaften der Vergussmasse 3 können z. B. dadurch erzielt werden, dass feinste magnetische Partikel mit einer herkömmlichen Kunststoff-Vergussmasse vermengt werden. Vor dem Verguss wird der Spulenkörper 1 mit der darauf gewickelten Drahtanordnung 2 in einem Vergießwerkzeug oder Spritzwerkzeug positioniert. Danach wird die Vergießform bzw. Spritzform geschlossen und die Hohlräume zwischen dem Drahtaufbau 2 bzw. dem Spulenkörper 1 und der Vergießform mit Vergussmasse aufgefüllt. Die nicht abgebildete Vergießform weist Vorrichtungen auf, mit denen Rastmittel 6, 7, insbesondere Rasthaken 6 und Rastkerben 7 ausgebildet werden. Auch weist der Spulenaufbau 5 Öffnungen auf, an denen die Spulenanschlüsse 11 herausgeführt werden. An der ventilseitigen Öffnung 14 ist das Vergießwerkzeug so aufgebaut, dass sich am vergossenen Joch 4 ein Jochwulst 12 ausbildet. Dieser dient zur Vergrößerung der Austrittsfläche der Magnetfeldlinien, wodurch die magnetischen Eigenschaften ähnlich verbessert werden, wie es ein direkter Kontakt der magnetisch leitenden Materialien bewirkt. Die Wandstärken des vergossenen Joches 4, des Wulstes 12 oder des Jochbodens 8 können unterschiedlich dick ausgeformt werden.
Auch ist in diesem Ausführungsbeispiel das gesamte Joch 4 inklusive des Jocheinzugs 13, des Jochbodens 8, der eine Auflagefläche bilden kann, und des Jochwulstes 12 einstückig ausgebildet. Jedoch sind mehrstückige oder mehrschichtige Aufbauten genauso zweckmäßig.
Bei einem solchen Aufbau können auch mehrere Spulen gleichzeitig in einem einzigen Verguss mit einem Joch versehen werden.
Fig. 4 zeigt ein vergossenes Spulenjoch 4 mit zwei Einzügen 13. Die beiden Jocheinzüge 13 reichen ins Innere des Spulenkörpers 1. Die Vorteile einer solchen Anordnung, bei dem an der ventilseitigen Öffnung 14 der Spulenanordnung auch ein Jocheinzug 13 ausgebildet ist, besteht darin, dass beidseitig die Austrittsflächen der Magnetfeldlinien vergrößert werden und dadurch die magnetischen Eigenschaften ähnlich verbessert werden, wie durch direkten Kontakt zwischen magnetisch leitenden Materialien. Auch hier können die Jocheinzüge 13 und der Jochboden 8 unsymmetrisch angeordnet sein und unterschiedliche Wandstärken aufweisen.
Fig. 5 zeigt ein vergossenes Spulenjoch mit Flansch 15 und Ausstülpungen 16. Auch hier wurde der Spulenkörper 1 mit der darauf gewickelten Drahtanordnung 2 umgossen oder umspritzt. Hier wurde die Vergussmasse 3, die das Spulenjoch 4 ausbildet in einer Form ausgehärtet, die an der fertigen Spulenanordnung einen Flansch 15 ausbildet, die als mechanische Aufsetzkante verwendet werden kann. Ferner wurde bündig zum Spulenkörper 1 eine Ausstülpung 16 an beiden Öffnungen des Spulenkörpers 1 ausgebildet. Diese können sowohl einen gleichbleibenden Innendurchmesser aufweisen, konisch zusammenlaufen oder unsymmetrisch ausgebildet sei. Die Ausstülpungen 16 dienen zur mechanischen Führung und zur Aufnahme des Ventils oder des Ventildoms und zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften, wie in Fig. 4 beschrieben.
Alle hier aufgeführten Ausführungsbeispiele können in beliebiger Weise kombiniert werden. Alle Spulenjochaufbauten 4 können auch mehrteilig aufgebaut werden, wobei unterschiedliche Jochmaterialien 3 miteinander kombiniert werden. Das bedeutet, dass ein Spulenaufbau auch so ausgestaltet werden kann, dass das Joch teilweise aus Vergussmasse 3 und teilweise aus herkömmlichem Eisenblech bestehen kann. Auch können verschiedene Vergussmassen verwendet werden, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen.

Claims

1. Spulenaufbau (5) bestehend aus mindestens einer spulenförmig gewickelten Drahtanordnung (2),
die auf einem Spulenkörper (1) angeordnet und
von einem Spulenjoch (4) umgeben ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenjoch (4) von einer Vergussmasse (3) ausgebildet wird, in welcher die Drahtanordnung (2) eingebettet ist, wobei die Vergussmasse magnetische Eigenschaften aufweist.

2. Spulenaufbau (5) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenaufbau (5) mindestens eine Rastvorrichtung (6, 7) zum Verbinden mit anderen Komponenten aufweist, die von der Vergussmasse (3) ausgebildet wird.

3. Spulenaufbau (5) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastvorrichtung, eine Rastkerbe (7) ist.

4. Spulenaufbau (5) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastvorrichtung, ein Rasthaken (6) ist.

5. Spulenaufbau (5) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenaufbau mindestens eine Auflagefläche (8, 15) zum Positionieren aufweist, die von der Vergussmasse (3) ausgebildet wird.

6. Spulenaufbau (5) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenjoch (4) aus Vergussmasse (3) unterschiedliche Wandstärken aufweist.

7. Verfahren zur Herstellung von Spulenaufbauten nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenjoch (4) beim Verguss mindestens einer Drahtanordnung (2) mit Vergussmasse (3), die magnetische Eigenschaften aufweist, angebracht wird.

8. Verfahren zur Herstellung von Spulenaufbauten nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenjoch (4) beim Umspritzen mindestens einer Drahtanordnung (2) mit Spritzgussmasse (3), die magnetische Eigenschaften aufweist, angebracht wird.

9. Spulenaufbau (5) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verguss- oder Spritzgussmasse (3), in welcher die Drahtanordnung (2) eingebettet ist magnetische oder magnetisierbare Partikel beinhaltet.