DE102011115614B4 - proportional solenoid - Google Patents
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Abstract
Proportionalmagnet 1 mit folgenden Merkmalen: – Bestandteile sind mindestens: Die Spule 2, der Anker 8, das Röhrchen 9, der Konus 7, der Blechbügel 3 und die Umspritzung 11 aus Kunststoff – der Blechbügel 3 erfüllt mindestens die Funktionen der Konusscheibe 6, des Rückschlusses 5 und der Polscheibe 4, – die Spule 2 und der Blechbügel 3 sind Einlegeteile bei der Umspritzung des Magneten mit Kunststoff – der Blechbügel 3 weist in dem Bereich der Polscheibe 4 ein Loch 13 oder mehrere Löcher auf, die in ihrer Größe und Form so ausgelegt sind, dass die radialen magnetischen Teilflüsse von der Polscheibe auf den Anker möglichst weitgehend symmetrisch bezogen auf die Symmetrieebene 17 ausgeglichen sind. – die Auflagefläche des Konus 15 wird beim Spritzen aus Kunststoff erzeugt, wobei der Spritzwerkzeugkern 14 eine zylindrische und eine senkrecht zur Mittellinie sich ersteckende Begrenzungsfläche bildet, – die Lagerung 16 des Röhrchens in der Jochscheibe wird durch den Spritzwerkzeugkern 14 festgelegt, indem dieser den Blechbügel 3 mittels dieser Lagerung ausrichtet.Proportional magnet 1 with the following features: Components are at least: the coil 2, the armature 8, the tube 9, the cone 7, the sheet metal bracket 3 and the overmolding 11 made of plastic - the sheet metal bracket 3 fulfills at least the functions of the conical disk 6, the yoke 5 and the pole disk 4, - the coil 2 and the sheet metal bracket 3 are insert parts when the magnet is overmolded with plastic. The sheet metal bracket 3 has a hole 13 or more holes in the area of the pole disc 4, the size and shape of which are designed so that the radial magnetic partial fluxes from the pole disc to the armature are balanced as symmetrically as possible with respect to the plane of symmetry 17. - the bearing surface of the cone 15 is produced from plastic during injection molding, the injection mold core 14 forming a cylindrical boundary surface and a boundary surface extending perpendicular to the center line, - the storage 16 of the tube in the yoke disk is determined by the injection mold core 14 by aligning the sheet metal bracket 3 by means of this storage.
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Proportionalmagnet, der möglichst unabhängig von der Größe des Magnethubs und von der Bewegungsrichtung eine zum Spulenstrom proportionale Kraft erzeugt.The invention relates to a proportional magnet which generates a force proportional to the coil current as independent as possible from the size of the magnet and from the direction of movement.
Proportionalmagnete als solche sind bekannt, sie dienen insbesondere zur Betätigung von Ventilen, ebenfalls bekannt sind Proportionalmagnete mit einer Umspritzung aus Kunststoff, diese dient als Korrosionsschutz, übernimmt Gehäusefunktionen und formt die Umhüllung des Steckers.Proportional magnets as such are known, they are used in particular for the actuation of valves, are also known proportional solenoids with an encapsulation made of plastic, this serves as corrosion protection, takes over housing functions and forms the enclosure of the plug.
Die Druckschrift
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Auch Löcher im Bügel, die der Befestigung dienen, werden als bekannt vorausgesetzt.Also holes in the bracket, which serve the attachment, are assumed to be known.
Bei der Herstellung von kunststoffumspritzten Magneten ist es bekannt, die Magnetspule und die Flussleitbleche in die Spritzform einzulegen und in der Form abzustützen.In the production of plastic-coated magnets, it is known to insert the magnetic coil and the flux guide plates in the injection mold and to support in the mold.
Die Befestigung von Magneten an Ventilen oder Steuerblöcken mit einem Flansch ist bekannt und weit verbreitet, auch die Herstellung des Flansches aus Kunststoff und seine Verstärkung durch ein Blech und/oder Metallhülsen im Bereich des Schraubendurchgangs.The attachment of magnets to valves or control blocks with a flange is known and widely used, including the production of the flange of plastic and its reinforcement by a sheet metal and / or metal sleeves in the screw passage.
Es wird auch als bekannt vorausgesetzt, einen Magneten aus Baugruppen zusammenzusetzen, vor allem aus einer umspritzten Spulenbaugruppe und einer zweiten Baugruppe, die aus dem Konus, dem Anker und den Bauteilen der Ankerlagerung besteht.It is also assumed to be known to assemble a magnet from assemblies, especially from an overmolded coil assembly and a second assembly consisting of the cone, the armature and the components of the armature bearing.
Die Verwendung von gebogenem Blech in der Form eines Bügels zur Leitung des magnetischen Flusses ist bei Magneten ebenfalls bekannt, es wird aber bei Proportionalmagneten selten eingesetzt, weil es bei der Verwendung zylindrischer Gehäuse leichter fällt, eine gute Fluchtung der magnetischen Pole und damit eine geringe Hysterese des Magneten darzustellen, wie es zum Beispiel die
Ein weiterer Nachteil von Magneten mit unsymmetrischem bügelförmigem Blech ist der unsymmetrische magnetische Fluss von der Polscheibe in den Anker, der unvorteilhafte Querkräfte auf den Anker zur Folge hat. Diese Querkräfte vergrößern ebenfalls die Hysterese des Proportionalmagneten.Another disadvantage of solenoids with unbalanced bow-shaped sheet metal is the unbalanced magnetic flux from the pole piece into the armature, which results in unfavorable transverse forces on the armature. These transverse forces also increase the hysteresis of the proportional magnet.
Der bekannte Stand der Technik weist für Magnete mit bügelförmigem Magnetflussleitblech einerseits niedrige Kosten aber andererseits eine große Hysterese auf.The prior art has for magnets with bow-shaped magnetic flux on the one hand low cost but on the other hand, a large hysteresis.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, einen Proportionalmagneten mit bügelförmigem Magnetflussleitblech zu beschreiben, der eine sehr geringe Hysterese aufweist. Dazu werden die Probleme der Fluchtung zwischen den magnetischen Polen und der unsymmetrischen Magnetflussdichten in der Polscheibe gelöst, im Besonderen für mit Kunststoff umspritzte Bügelmagnete.The object of this invention is to describe a proportional magnet with bow-shaped magnetic flux guide, which has a very low hysteresis. For this purpose, the problems of alignment between the magnetic poles and the unbalanced magnetic flux densities in the pole disk are solved, in particular for magnet-molded iron-on magnets.
Die Fluchtung zwischen den magnetischen Polen (Konus und Polscheibe) wird erfindungsgemäß erheblich verbessert, indem bei der Herstellung der Konusauflage beim Umspritzen der Spule und der Magnetflussleitbleche mit Kunststoff der Spritzwerkzeugkern das bügelförmige Magnetflussleitblech an der Lagerstelle für das Röhrchen festlegt. Dieses Röhrchen wird nach der Montage in dieser Lagerstelle eng geführt, und es lagert seinerseits den Magnetanker.The alignment between the magnetic poles (cone and pole disc) is considerably improved according to the invention by defining the bow-shaped magnetic flux guide plate at the bearing point for the tube in the production of the cone support during encapsulation of the coil and the Magnetflussleitbleche with plastic. This tube is tightly guided after mounting in this bearing, and it in turn stores the armature.
Der andere magnetische Pol des Magneten, der Konus, ist axial und radial nach der Montage in der Kunststoffumspritzung gelagert, und die dafür maßgebenden Oberflächen der Kunststoffumspritzung werden durch die entsprechenden Flächen des Spritzwerkzeugkerns erzeugt.The other magnetic pole of the magnet, the cone, is axially and radially mounted in the Kunststoffumspritzung after assembly, and the relevant surfaces of the plastic extrusion are generated by the corresponding surfaces of the injection tool core.
Damit legt der Spritzwerkzeugkern die Lage beider magnetischen Pole fest, und die relative Lagegenauigkeit der Pole ist nur noch von wenigen Form- und Lagetoleranzen sowie von der Schwindung des gespritzten Kunststoffs abhängig.Thus, the injection tool core determines the position of both magnetic poles, and the relative positional accuracy of the poles depends only on a few form and position tolerances and on the shrinkage of the injected plastic.
Das Röhrchen und der Konus bilden eine Baugruppe, in vorteilhafter Weise werden sie präzise zueinander ausgerichtet und verschweißt.The tube and the cone form an assembly, advantageously they are precisely aligned and welded together.
Nach der Montage ist diese Baugruppe einerseits in der Konuslagerung der Umspritzung und andererseits in der Röhrchenlagerung in der Polscheibe aufgenommen. Wenn diese Lagerungen nur ein sehr geringes Spiel aufweisen, ist damit erreicht, dass auch die aus dem Konus und dem Röhrchen bestehende Baugruppe zu den Magnetflussleitblechen genau ausgerichtet ist.After assembly, this assembly is added on the one hand in the Konuslagerung the encapsulation and on the other hand in the tube storage in the Polscheibe. If these bearings have only a very small clearance, this means that the assembly consisting of the cone and the tube is also aligned precisely with the magnetic flux guide plates.
Der Anker des Magneten ist im Röhrchen gelagert, entweder unmittelbar oder mittelbar in einem Ankerlager, das seinerseits im Röhrchen gelagert ist. The anchor of the magnet is mounted in the tube, either directly or indirectly in an anchor bearing, which in turn is stored in the tube.
Die beschriebene Ausrichtung der Ankerlagerung zu den Magnetflussleitblechen hat erfahrungsgemäß erheblichen Einfluss auf die Hysterese des Magneten, bei einer präzisen Ausrichtung ist eine geringere Hysterese zu erwarten als bei einer ungenauen Ausrichtung.The described orientation of the armature bearing to the Magnetflussleitblechen has experience considerable influence on the hysteresis of the magnet, with a precise alignment, a lower hysteresis is to be expected than an inaccurate alignment.
Die Hysterese des Magneten wird auch durch die Querkräfte auf den Anker beeinflusst, die von einem unsymmetrischen Magnetfluss von der Polscheibe auf den Anker hervorgerufen werden. Ein solcher unsymmetrischer Magnetfluss kann insbesondere bei der Verwendung eines einseitigen bügelförmigen Magnetflussleitblechs beobachtet werden, weil das Leitblech zur Achse des Magneten unsymmetrisch aufgebaut ist, wenn der axial sich ersteckende Teil des Leitblechs, der Rückschluss, nur einseitig angeordnet ist. Der Magnetfluss hat in der Polscheibe auf der einen Seite, die dem Rückschluss zugewandt ist, nur einen kurzen Weg zurückzulegen, aber auf der anderen Seite, die dem Rückschluss abgewandt ist, einen erheblich längeren Weg.The hysteresis of the magnet is also influenced by the transverse forces on the armature, which are caused by an asymmetrical magnetic flux from the pole disk to the armature. Such asymmetrical magnetic flux can be observed in particular when using a one-sided bow-shaped Magnetflussleitblechs, because the baffle is constructed asymmetrically to the axis of the magnet when the axially ersteckende part of the baffle, the conclusion, is arranged only on one side. The magnetic flux has only a short distance to travel in the pole disk on one side, which faces the return, but on the other side, which faces away from the yoke, a much longer path.
Aus den unterschiedlich langen Wegen ergeben sich unterschiedliche magnetische Widerstände und damit unterschiedlich starke magnetische Teilflüsse.From the different lengths paths result in different magnetic resistances and thus different strong magnetic partial fluxes.
Erfindungsgemäß werden die magnetischen Teilflüsse ausgeglichen, indem auf dem oben beschriebenen kurzen Weg zwischen dem Rückschluss und der Lagerung des Röhrchens ein Loch oder mehrere Löcher in der Polscheibe vorgesehen sind, die den magnetischen Widerstand auf dieser Seite erhöhen.According to the invention, the partial magnetic fluxes are compensated for by providing one or more holes in the pole disk on the above-described short path between the conclusion and the storage of the tube, which increase the magnetic resistance on this side.
Die optimale Lage und Größe dieser Löcher wird in einer räumlichen Simulation der Magnetflüsse ermittelt.The optimal position and size of these holes is determined in a spatial simulation of the magnetic fluxes.
Gemäß dem Stand der Technik ist der Proportionalmagnet mittels eines Flansches an dem aufnehmenden Block befestigt, und dieser Flansch wird beim Umspritzen des Proportionalmagneten aus demselben Kunststoff geformt. Vorteilhafterweise wird der Flansch im Bereich des Schraubendurchgangs durch jeweils eine Metallbuchse verstärkt, die eine sichere Verspannung der Befestigungsschraube ermöglicht. Der Flansch wird erfindungsgemäß außerdem einseitig durch ein Blech verstärkt, das aus einer Verlängerung des bügelförmigen Flussleitblechs besteht. Auf der gegenüberliegenden Seite des Flansches ist keine Verstärkung vorgesehen.According to the prior art, the proportional magnet is fixed by means of a flange to the female block, and this flange is formed during the injection molding of the proportional magnet of the same plastic. Advantageously, the flange in the region of the screw passage is reinforced by a respective metal bush, which enables a secure clamping of the fastening screw. The flange is also reinforced according to the invention on one side by a metal sheet, which consists of an extension of the bow-shaped Flußleitblechs. No reinforcement is provided on the opposite side of the flange.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Konus, das Röhrchen, das Ankerlager und der darin befindliche Anker des Proportionalmagneten eine vormontierte Baugruppe bilden, und dass der Konus und das Röhrchen miteinander verschweißt sind.An advantageous development of the invention provides that the cone, the tube, the anchor bearing and the armature located therein of the proportional magnet form a preassembled module, and that the cone and the tube are welded together.
Der erfindungsgemäße Proportionalmagnet weist im Vergleich mit herkömmlichen Proportionalmagneten mit rohrförmigen Flussleitblechen niedrigere Herstellkosten und im Vergleich zu herkömmlichen Magneten mit Flussleiteinrichtungen aus bügelförmigen Blechen niedrigere Werte der Hysterese auf.The proportional magnet according to the invention has lower manufacturing costs compared to conventional proportional magnets with tubular flux guide plates and lower hysteresis values than conventional magnets with flux guides made of bow-shaped plates.
Ihre Anwendung finden Proportionalmagnete der beschriebenen Art beispielsweise in Proportionalventilen zur Vorsteuerung größerer Ventile in selbstfahrenden Arbeitsmaschinen, in Proportionalventilen zur Kupplungsbetätigung in Fahrzeuggetrieben und in Proportionalventilen zur Beeinflussung der Rückwirkungskräfte in Servolenkungen für Fahrzeuge.Their application find proportional solenoids of the type described, for example, in proportional valves for the pilot control of larger valves in self-propelled machines, in proportional valves for clutch actuation in vehicle transmissions and in proportional valves for influencing the reaction forces in power steering systems for vehicles.
Bilderimages
Beispielhafte Ausführungen:Exemplary versions:
Wie in
Das Flussleitblech
Der Anker
Das Röhrchen
Die Kunststoffumspritzung bildet auch den Flansch
Wie
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Proportionalmagnetproportional solenoid
- 22
- SpuleKitchen sink
- 33
- Blechbügelsheet metal bracket
- 44
- Polscheibepole disk
- 55
- Rückschlussconclusion
- 66
- Konusscheibeconical disc
- 77
- Konuscone
- 88th
- Ankeranchor
- 99
- Röhrchentube
- 1010
- Ankerlagerarmature bearing
- 1111
- Umspritzungovermolding
- 1313
- Lochhole
- 1414
- SpritzwerkzeugkernInjection mold core
- 1515
- Auflagefläche des KonusBearing surface of the cone
- 1616
- Lagerung des RöhrchensStorage of the tube
- 1717
- Symmetrieebeneplane of symmetry
- 1818
- Flanschflange
- 1919
- Verstärkung des FlanschesReinforcement of the flange
- 2020
- BuchseRifle
- 2121
- Symmetrieebeneplane of symmetry
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