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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spule mit einer mediendichten Ummantelung, wie sie beispielsweise für Elektromagneten eingesetzt wird.
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Aus dem Stand der Technik sind vielerlei Spulen mit mediendichter Ummantelung bekannt und werden beispielsweise für elektromagnetische Antriebseinheiten in Magnetventilen eingesetzt. Eine aus dem Stand der Technik bekanntes Magnetventil mit einer solchen Spule ist in 4 dargestellt. 4 zeigt ein Magnetventil 28, das vorderseitig einen Ventilteil 34 zur Steuerung eines Mediumstromes, beispielsweise einer Flüssigkeit, aufweist. Der Ventilteil 34 wird durch einen rückseitig des Ventilteils angeordneten Elektromagneten angesteuert, wobei ein Anker 36, der einen Ventilstößel 37 zur Betätigung des Ventilteils 34 bewegt, durch eine bestrombare Spule 2 antreibbar ist.
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Die bestrombare Spule 2 ist ihrerseits auf einem Spulenträger 4 angeordnet. Der Spulenträger dient zur mechanischen Stabilisierung der Spule 2 und als Trägermaterial beim Wickeln der Spule 2. Um die Spule 2 gegen Leckagemedium aus dem Ventilteil 34 abzudichten, ist einerseits zwischen einem Ankerraum und der Spule eine Mediumsperre 31 vorgesehen und andererseits aus dem Spulenträger 4, der als erster Teil fungiert, und einem zweiten Teil 5 eine Ummantelung 6 für die Spule 2 gebildet. Der zweite Teil 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik in einem Spritzgussverfahren um einen Kontaktbereich des Spulenträgers 4 sowie die außenliegende Fläche der Spule 2 gespritzt. Auf diese Weise kann zwar eine mechanische Verbindung zwischen dem Spulenträger 4 und dem zweiten Teil 5 hergestellt werden, eine mediendichte Verbindung kann beispielsweise aufgrund der Verwendung unterschiedlicher Materialien oder aufgrund kunststoffinhärenten Eigenschaften jedoch nicht hergestellt werden.
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Die mechanische Verbindung wird beispielsweise durch eine Hinterspritzung bzw. eine Umspritzung der zylindrisch ausgeformten Spule 2 gebildet.
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Um die Ummantelung 6 der Spule 2 mediendicht auszugestalten, ist ein topfförmiges Gehäuse 32 vorgesehen, in dem die Spule 2 mit ihrer Ummantelung 6 angeordnet ist. Zwischen der Ummantelung 6 und dem Gehäuse 32 sind im Bereich einer umlaufenden Stoßkante 8, d. h. in dem Bereich, in dem der Spulenträger 4 und der zweite Teil 5 aufeinander treffen, im rückseitigen Bereich Dichtungen 30 vorgesehen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ringförmige Formdichtungen ausgeführt sind. Die Dichtungen 30 übergreifen die Stoßkante derart, dass sie beiderseits der Stoßkante sowohl auf dem Spulenträger 4 als auch auf dem zweiten Teil 5 aufliegen und damit eine Dichtwirkung für diese Stoßkante erzielen.
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Vorderseitig ist das Gehäuse 32 durch einen Deckel 33 verschlossen, der seinerseits eine Dichtung 30 auf die Stoßkante 8 im vorderseitigen Bereich presst.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik ist an dem zweiten Teil integral ein Steckergehäuse 20 mit elektrischen Anschlusskontakten angespritzt.
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An diesem Stand der Technik wird es als nachteilig empfunden, dass die eingesetzten Dichtungen ermüden können, eine teilweise geringe Temperaturstabilität aufweisen und es dadurch zu Mediumseinbrüchen in die Ummantelung der Spule 2 kommen kann.
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Weitere Nachteile der bekannten Lösung liegen in einem aufgrund der Dichtungen erhöhten Handlingaufwand bei der Montage sowie in den für die Dichtung anfallenden Kosten.
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Aus dem Stand der Technik ist es außerdem bekannt, eine auf einem Spulenkörper angeordnete Spule mit einem Spritzgußverfahren vollständig zu umspritzen. Um eine vollständige Umspritzung der auf dem Spulenträger befindlichen Spule zu erreichen ist es aber notwendig, den als Hohlzylinder ausgebildeten Spulenkörper mit der darauf befindlichen Spule sowohl innenseitig als auch außenseitig zu umspritzen, was aber aufgrund der thermischen Ausdehnung der zum Spritzguß verwendeten Materialien nur schwer realisierbar ist. Da es bei diesem Verfahren außerdem notwendig ist, den Hohlzylinder innenseitig zu umspritzen sind außerdem teure Spritzgusswerkzeuge notwendig, die Verfahrensführung entsprechend aufwändig. Ein entsprechendes Verfahren sowie ein dafür ausgebildetes Spritzgußwerkzeug sind in der
DE 10 2005 054 025 A der Anmelderin gezeigt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Spule mit einer mediendichten Ummantelung anzugeben, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Spule für einen Elektromagneten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Spule für einen Elektromagneten ist auf einem Spulenträger angeordnet und weist eine mediendichte Ummantelung auf, wobei die Ummantelung der Spule wenigstens einen ersten Teil und eine zweiten Teil aufweist, wobei der erste Teil und der zweite Teil zusammengefügt und durch einen anschließenden Energieeintrag an einer Stoßkante miteinander stoffschlüssig verbunden, d.h. insbesondere verschmolzen sind.
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Durch eine zweigeteilte Ausbildung der Ummantelung ist es möglich, beispielsweise den Spulenträger als ersten Teil in einem Spritzgussverfahren zu fertigen, anschließend die Spule auf den Spulenträger zu wickeln und in einem weiteren Schritt die Spule und den Spulenträger in einem Spritzgussverfahren zu umspritzen. Durch die Zweiteilung der Ummantelung ist es möglich, günstige Spritzgussverfahren einzusetzen, die dazu geeignet sind, die Außen- und Stirnflächen des Spulenträgers zu umspritzen aber für eine Umspritzung der Innenseite des hohlzylindrischen Spulenträgers nicht geeignet sind. Dadurch, dass der erste Teil und der zweite Teil durch einen anschließenden Energieeintrag an einer Stoßkante miteinander stoffschlüssig verbunden bzw. verschmolzen sind, wird außerdem erreicht, dass das mediendichte Verbinden des ersten Teils und des zweiten Teils erst zu einem Zeitpunkt erfolgt, in dem der zweite Teil nach dem Spritzgussverfahren abgekühlt ist, so dass keine weiteren thermischen Dimensionsänderungen zu erwarten sind.
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Eine besonders günstige Ausgestaltung der Spule wird erreicht, wenn der Spulenträger als erster Teil ausgebildet ist. Dadurch, dass der Spulenträger den ersten Teil der Ummantelung darstellt wird insgesamt erreicht, dass bei der Herstellung der Spule kein Schritt notwendig ist, bei dem der hohlzylindrische Spulenträger innenseitig umspritzt oder in irgendeiner Form durchgängig hinterspritzt werden muss. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Spule wird dadurch wesentlich vergünstigt.
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Eine besonders stabile mechanische Verbindung des ersten Teils und des zweiten Teils der Ummantelung kann erreicht werden, wenn der erste Teil eine mechanische Struktur aufweist, die geeignet ausgebildet ist, eine formschlüssige Verbindung herzustellen. Eine solche mechanische Struktur kann beispielsweise als Rippenstruktur oder durch die Ausbildung von Nuten erreicht werden, die beispielsweise an den Stirnflächen des ersten Teils angeordnet sein können. Durch solche Rippen oder Nuten wird erreicht, dass im Bereich der Stirnfläche bei mechanisch oder thermisch induzierter Krafteinwirkung keine Trennung des ersten und des zweiten Teils erfolgt und damit die durch den Energieeintrag verschmolzene Stoßkante keinen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird.
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Bevorzugt ist der zweite Teil der Ummantelung durch wenigstens teilweises Umspritzen des ersten Teils der Ummantelung sowie der Spule hergestellt. Eine Herstellung des zweiten Teils durch Umspritzen des ersten Teils und der Spule gewährleistet eine kostengünstige Herstellung der Ummantelung sowie eine lange Zeit erprobten und von der Prozessführung her einstellbaren Herstellungsprozess.
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Der Energieeintrag, der ein sequentielles lokales Aufschmelzen in der Stoßkante hervorruft, ist bevorzugt durch Ultraschallschweißen, Wärmeverprägen, Reibschweißen oder Laserschweißen erfolgt. Durch Anwendung eines dieser Verfahren, die aber keine abschließende Aufzählung darstellen, werden der erste Teil und der zweite Teil an der Stoßkante zuverlässig aufgeschmolzen und stoffschlüssig miteinander verbunden. Insbesondere Ultraschallschweißen, Wärmeverprägen, Reibschweißen und Laserschweißen sind für Kunststoff gut erprobte Verfahren, die sowohl von der Prozessführung her als auch von ihrer Zuverlässigkeit her bevorzugt eingesetzt werden.
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Eine besonders gute Verbindung des ersten Teils und des zweiten Teils kann erreicht werden, wenn der erste Teil und/oder der zweite Teil vor dem Energieeintrag an der Stoßkante Anformungen aufweisen. Entsprechende Anformungen, beispielsweise ein an der Stoßkante angeformter sich konisch verjüngender umlaufender Rand, der bevorzugt sowohl am ersten Teil als auch am zweiten Teil vorgesehen ist, so dass sich insgesamt eine umlaufende im Querschnitt dreieckförmige Struktur ergibt, ermöglicht, dass ausreichend Material für ein Verschmelzen der beiden Teile vorhanden ist und gleichzeitig eine Struktur geschaffen, die beim Aufschmelzen problemlos einer Verformung unterworfen werden kann.
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Die Anformungen sind bevorzugt in einer Nut der Ummantelung angeordnet, so dass nach dem Energieeintrag eine annähernd planare Oberfläche der Ummantelung entsteht oder dass zumindest keine nach außen vorstehenden Abschnitte mehr vorhanden sind.
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Entsprechend verschiedene Anforderungen thermischer oder mechanischer Natur kann es von Vorteil sein, wenn der erste Teil und der zweite Teil aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
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Beispielhafte Materialien sind z. B. Polyphenylensulfid (PPS) und Polyamid (PA). Es kann beispielsweise der erste Teil, der tendenziell höheren mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, aus Polyphenylensulfid bestehen und mit dem zweiten Teil aus Polyamid umspritzt sein. Die beiden Materialien können durch einen Energieeintrag in die entstehende Stoßkante, sequentiell miteinander mediendicht verbunden werden, so dass keine zusätzliche Dichtungen zur Abdichtung der Ummantelung notwendig sind. Die Spule ist dementsprechend bevorzugt dichtungsfrei ummantelt ausgeführt.
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Wie bereits mehrfach erwähnt, ist die Spule bevorzugt hohlzylindrisch ausgebildet und der zweite Teil übergreift den ersten Teil in axialer Richtung wenigstens abschnittsweise und hintergreift den ersten Teil in Radialrichtung wenigstens abschnittsweise. Auf diese Weise wird eine insgesamt hohlzylindrische Ummantelung geschaffen, die durch ein Übergreifen in Axialrichtung und ein Hintergreifen in Radialrichtung formschlüssig, besonders stabil und gegen thermische Einflüsse unempfindlich ausgestaltet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel in zwei Varianten und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert ist zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Spule,
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2 die in 1 markierte Stoßkante a) vor dem Wärmeeintrag und b) nach dem Wärmeeintrag,
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3 eine alternative Ausgestaltung der Stoßkante a) vor dem Wärmeeintrag und b) nach dem Wärmeeintrag und
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4 ein Magnetventil aus dem Stand der Technik (schon behandelt).
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Spule 2 mit einer mediendichten Ummantelung 6, die aus einem ersten Teil 4, der als Spulenträger ausgebildet ist und einem zweiten Teil 5, der den Spulenträger 4 in Axialrichtung wenigstens teilweise übergreift und in Radialrichtung hintergreift, gebildet ist. Die Windungen der Spule 2 sind auf dem Spulenträger 4, der beispielsweise aus Polyphenylensulfid (PPS) in einem Spritzgussverfahren hergestellt ist, angeordnet. Der Spulenträger 4 sowie die Spule 2 sind dann, wie in 1 gezeigt mit einem zweiten Teil 5 umspritzt. Da der zweite Teil 5 die Spule 2 und den Spulenträger 4 nur außenseitig, d. h. im Bereich der Stirnflächen des hohlzylindrisch ausgebildeten Spulenträgers sowie auf der Mantelfläche des Zylinders umgibt, kann der zweite Teil 5 besonders einfach mit einem Standardspritzgußverfahren aufgespritzt werden.
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Um eine möglichst stabile mechanische Verbindung zwischen dem Spulenträger 4 und dem zweiten Teil 5 zu gewährleisten sind an den Stirnflächen des Spulenträgers 4 auf der einen Seite Rippen 10 und auf der anderen Seite Nuten 11 vorgesehen, die beim Umspritzen des Spulenträgers 4 und der Spule 2 mit dem zweiten Teil 5 von dem verwendeten Spritzgussmaterial hinterspritzt werden. Aufgrund der zylindrischen Ausformung der Gesamtanordnung ist auf diese Weise gewährleistet, dass der zweite Teil 5 weder in Axialrichtung noch in Radialrichtung von dem Spulenträger 4 abgezogen werden kann. Aufgrund des Hintergreifens der Rippen 10 sowie das Eingreifen in die Nuten 11 wird außerdem erreicht, dass mechanisch oder thermisch induzierte Krafteinwirkungen, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten, weitgehend mechanisch aufgefangen werden können.
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An den zweiten Teil 5 ist integral ein Steckergehäuse 20 angeformt, das Anschlusskontakte zur Bestromung der in der Ummantelung 6 angeordneten Spule 2 aufweist.
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Der erste Teil 4 und der zweite Teil 5 der Ummantelung 6 stoßen an den stirnseitigen Enden der Ummantelung 6 jeweils an einer umlaufenden Stoßkante 8 aneinander, deren Ausgestaltung nachfolgend näher beschrieben wird.
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Die 2a und 2b zeigen den in 1 markierten Ausschnitt der Stoßkante 8 vor und nach einem zusätzlichen Energieeintrag, der die beiden Teile 4, 5 im Bereich der Stoßkante 8 lokal aufschmilzt und stoffschlüssig und mediendicht miteinander verbindet. Wie in 2a dargestellt ist, weisen der erste Teil 4 und der zweite Teil 5 im Bereich der Stoßkante 8 dreieckförmige bzw. konisch zulaufende Anformungen 12 auf, die, wie 2b entnommen werden kann, durch den Energieeintrag verformt und miteinander verschmolzen werden.
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Durch beispielsweise Ultraschallschweißen wird mechanische Energie in die Stoßkante 8 eingekoppelt, führt dort zu einer lokalen Erwärmung des Materials und damit zu einem lokalem Auf- und Verschmelzen der beiden Teile 4, 5.
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Den 2a und 2b sind außerdem besonders gut die zur mechanischen Stabilisierung vorgesehenen Rippen 10 entnehmbar, die mechanisch oder thermisch induzierte Krafteinwirkungen auf die Stoßkante 8 effektiv aufnehmen und somit ein Aufreißen der mediendichten Verbindung verhindern.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Anformungen 12 im Bereich der Stoßkante 8 in unterschiedlichen Formen vorgesehen sein können, die entsprechend der Anforderungen an die mediendichte Verbindung in diesem Bereich ausgestaltet sein können.
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In den 3a und 3b ist eine weitere Ausgestaltungsform der Anformungen 12 im Bereich der Stoßkante 8 gezeigt.
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Wie in 3a deutlich zu sehen ist, sind die Anformungen 12 von der stirnseitigen Oberfläche des ersten Teils 4 bzw. des zweiten Teils 5 zurückversetzt, d. h. in einer umlaufenden Nut 14 angeordnet. Durch eine Anordnung der Anformungen 12 in einer umlaufenden Nut 14 wird, wie 3b entnommen werden kann, erreicht, dass die stirnseitige Oberfläche der Ummantelung 6 nach einem Energieeintrag im Wesentlichen plan ausgebildet ist und damit für einen weiteren Einbau der Spule 2 samt ihrer Ummantelung 6 bessere Voraussetzungen, beispielsweise hinsichtlich der Maßhaltigkeit, geschaffen werden.
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Wie bereits mehrfach angedeutet, kann der für die mediendichte Verbindung der Stoßkante 8 vorgesehene Energieeintrag beispielsweise durch Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Reibschweißen oder Wärmeverprägen eingebracht werden. Eine günstig zu verwendende Methode wird anhand der verwendeten Materialien, der vorhandenen Bearbeitungsvorrichtungen und anhand des Herstellungsprozesses ausgewählt werden.
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Wie den vergrößerten Darstellungen in den 2a und 2b sowie 3a und 3b entnommen werden kann ist es bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen insbesondere möglich, den ersten Teil 4 und den zweiten Teil 5 aus unterschiedlichen Materialien zu fertigen und dennoch eine stoffschlüssige, mediendichte Verbindung im Bereich der Stoßkante 8 zu erzeugen.
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Versuche haben ergeben, dass die in den vorliegenden Ausführungsbeispielen gezeigte mediendichte Ummantelung für Drücke bis zu wenigstens 4 Bar geeignet ist.
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Bei einer entsprechenden Anpassung bzw. Einstellung des verwendeten Verfahrens zur Erzeugung eines Energieeintrages wird davon ausgegangen, dass die mechanischen Eigenschaften der stoffschlüssigen Verbindungen so eingestellt werden können, dass Drücke bis zu 8 oder 10 Bar möglich sind.
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Eine Spule, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt ist, wird bevorzugt für elektromagnetische Aktoren und Magnetventile eingesetzt. Weitere mögliche Einsatzgebiete liegen in aller Bereichen in denen eine mediendichte Spulenummantelung notwendig oder sinnvoll ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Spule
- 4
- Spulenträger / erster Teil
- 5
- zweiter Teil
- 6
- Ummantelung
- 8
- Stoßkante
- 10
- mechanische Struktur/Rippen
- 11
- Nut
- 12
- Anformungen
- 14
- Nut
- 20
- Steckergehäuse
- 28
- Magnetventil
- 30
- Dichtung
- 31
- Mediumsperre
- 32
- Gehäuse
- 33
- Deckel
- 34
- Ventilteil
- 36
- Anker
- 38
- Ventilstößel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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