DE102015011238A1

DE102015011238A1 - Elektromagnet und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102015011238A1
Application number: DE102015011238.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schonlau; Marc Leinweber; Michael Ermert; Christian Häberle; Christian Mohncke
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-03-02
Also published as: US20200227189A1; CN108352241A; EP3341946A1; WO2017032441A1

Abstract

Aufgabe: Der Elektromagnet, mindestens bestehend aus einer auf einen Spulenkern (6) gewickelten Magnetspule (2), einem Gehäuse (3), einem Polkern (4), einem Anker (5), einer Ankerstange (16) und einem Joch (7), soll bei geringen Herstellkosten eine sehr geringe Hysterese der Kraft bei variablem Hub aufweisen. Lösung: Der der Spulenkern (6) ist durch ein gemeinsames Umspritzen oder Umgießen des Jochs (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoffmasse (8) hergestellt, wobei der axiale Zwischenraum (10) zwischen dem Joch (7) und dem Polkern (4) auch mit der Kunststoffmasse ausgefüllt ist. Anwendung: Elektromagnete der beschriebenen Art werden zur Betätigung von Fluidventilen oder Kupplungen verwendet, vorzugsweise in Fahrzeugen oder in mobilen Arbeitsmaschinen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Elektromagnete, die einen elektrischen Strom in eine mechanische Kraft wandeln, sind bekannt, zum Beispiel aus der Druckschrift DE 10 2012 022 254 B3 .
Solche Elektromagnete bestehen üblicherweise aus einem Stator und einem Anker, wobei der Stator aus einer Magnetspule zur Erzeugung eines magnetischen Flusses und aus Flussleitelementen besteht.
Ein wichtiges Flussleitelement ist der Polkern, der dem Anker benachbart ist und zwischen ihm und dem Anker einen variablen axialen Luftspalt begrenzt. An dem axialen Luftspalt wirkt die Kraft des Magneten.
Um in einem gewissen Hubbereich eine zu dem Strom proportionale Kraft unabhängig von dem Hub zu erreichen, verwendet man beispielsweise einen Polkern mit einem angeformten Konus.
Andere wesentliche Flussleitelemente sind der Kernflansch, das Gehäuse und das Joch, die den magnetischen Fluss um die Magnetspule und zum Anker leiten.
Das Joch lagert vorteilhafterweise auch den Anker.
In älteren bekannten Ausführungen von proportionalwirkenden Elektromagneten sind das Joch und der Polkern sowie ein Distanzring miteinander verlötet und bilden zusammen ein Polrohr.
Dabei ist der Distanzring aus einem metallischen Werkstoff mit sehr geringer magnetischer Leitfähigkeit hergestellt, während das Joch und der Polkern aus Werkstoffen mit sehr hoher magnetischer Leitfähigkeit hergestellt sind.
Die geringe magnetische Leitfähigkeit des Distanzstücks ist erforderlich, um einen magnetischen Kurzschluss über den axialen Luftspalt hinweg zu vermeiden.
Die oben beschriebene Ausführung mit einem verlöteten Polrohr erreicht eine hervorragende Linearität der Wandlung zwischen Strom und Kraft sowie eine geringe Hysterese der Kraft bei variablem Hub, aber sie weist hohe Herstellkosten auf.
Eine alternative bekannte Ausführung weist ein dünnes Polrohr aus austenitischem Eisen auf, das der Lagerung des Ankers dient. Diese Ausführung ist zu geringeren Kosten herstellbar, aber sie weist eine erheblich höhere Hysterese der Kraft bei variablem Hub auf.
Aufgabe:
Es soll ein Elektromagnet beschrieben werden, der bei geringen Herstellkosten eine sehr geringe Hysterese der Kraft bei variablem Hub aufweist.
Lösung:
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, in Verbindung mit den Merkmalen der Unteransprüche.
Der letzte Anspruch beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektromagneten.
Die geringe Hysterese der Kraft des Elektromagneten bei variablem Hub wird erreicht, indem das Joch und der Polkern geometrisch so ausgeführt werden, wie es bei dem Beispiel mit dem gelöteten Polrohr üblich ist, und indem der Anker in dem Joch gelagert wird.
Allerdings wird kein metallisches Distanzstück zwischen dem Joch und dem Polkern verwendet. Stattdessen wird der Zwischenraum zwischen dem Joch und dem Polkern mit Kunststoff ausgefüllt.
Statt eine Magnetspule mit einem eigenen Spulenkern aus Kunststoff über ein Polrohr zu fügen, wird hier ein Spulenkern verwendet, der aus dem Joch, dem Polkern, einer Polscheibe und der Kunststoffmasse besteht, mit der die metallischen Teile umspritzt oder umgossen sind.
Die Kunststoffmasse erfüllt auch die Aufgabe, die metallischen Teile des Spulenkerns miteinander zu verbinden.
Das Joch weist einen Flansch auf, der angeformt oder als gesondertes Bauteil aufgepresst ist.
Bei dem Spritz- oder Gießprozess wird auch der Zwischenraum zwischen dem Joch und dem Polkern mit der Kunststoffmasse ausgefüllt.
Der so hergestellte Spulenkern wird mit der Magnetspule umwickelt und mit einem Gehäuse umschlossen, das auch die Eigenschaft eines Eisenrückschlusses aufweist.
Durch das Umwickeln des Spulenkerns verformt sich sein innerer Durchmesser, der deshalb nach dem Umwickeln mechanisch durch Reiben nachgearbeitet werden muss, denn dieser innere Durchmesser dient der Lagerung des Ankers. Anschließend werden die Ankerstange in den Polkern und der Anker in das Joch gefügt.
Schließlich wird das Joch durch eine mit Löchern versehene Endscheibe versehen, entweder durch ein Anschweißen der Scheibe an das Joch oder durch ein Einpressen der Scheibe in das Joch.
Anwendung:
Elektromagnete der beschriebenen Art werden zur Betätigung von Fluidventilen oder Kupplungen verwendet, vorzugsweise in Fahrzeugen oder in mobilen Arbeitsmaschinen.
Bilder:
1 zeigt den Elektromagneten im Schnitt.
Beispielhafte Ausführung:
Der Elektromagnet (1) gemäß 1 besteht mindestens aus einer auf einen Spulenkern (6) gewickelten Magnetspule (2), einem Gehäuse (3), einem Polkern (4), einem Anker (5) mit einer Ankerstange (16) und einem Joch (7). Der Spulenkern (6) enthält das Joch (7), den Polkern (4) und den Kernflansch (14), wobei der Spulenkern (6) durch ein gemeinsames Umspritzen oder Umgießen des Jochs (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoffmasse (8) hergestellt ist und wobei der axiale Zwischenraum (10) zwischen dem Joch (7) und dem Polkern (4) auch mit der Kunststoffmasse ausgefüllt ist.
Der Polkern (4) ist von einem Kernflansch (14) umfasst, der den Magnetfluss von dem Gehäuse (3) zu dem Polkern (4) leitet. Alternativ sind der Polkern und der Kernflansch einstückig ausgeführt.
Das den Anker (5) umfassende Joch (7) ist mit einem Flansch (15) ausgestattet, der den Magnetfluss von dem Gehäuse (3) zu dem Anker (5) leitet. Alternativ sind der Flansch und das Joch zwei Teile, die durch Verpressen gefügt sind.
An das Joch (7) ist eine Endscheibe (12) geschweißt, die dem Anker (5) als Anschlag dient und ein Loch oder eine Mehrzahl von Löchern (13) aufweist. Alternativ zum Schweißen ist die Endscheibe (12) durch ein Einpressen in das Joch (7) gefügt.
Das Gehäuse (3) umfasst die Magnetspule (2) und das Joch (7).
Zur Herstellung des Elektromagneten sind mindestens die folgenden Schritte vorgesehen:

• Umspritzen oder Umgießen des Joches (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoffmasse (8) zur Herstellung des Spulenkerns (6)
• Bewickeln des Spulenkerns (6) mit der Magnetspule (2)
• Fügen des Gehäuses (3) um das Joch (7) und die Magnetspule (2)
• Reiben des Innendurchmessers (11) des Spulenkerns (6)
• Fügen der Ankerstange (16) und des Ankers (5) in das Joch (7)
• Schweißen der Endscheibe (12) an das Joch (7)

Bezugszeichenliste

1: Elektromagnet
2: Magnetspule
3: Gehäuse
4: Polkern
5: Anker
6: Spulenkern
7: Joch
8: Kunststoffmasse
10: Zwischenraum
11: Innendurchmesser
12: Endscheibe
13: Loch
14: Kernflansch
15: Flansch
16: Ankerstange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012022254 B3 [0002]

Claims

Elektromagnet (1), mindestens bestehend aus einer auf einen Spulenkern (6) gewickelten Magnetspule (2), einem Gehäuse (3), einem Polkern (4), einem Anker (5), einer Ankerstange (16) und einem Joch (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern (6) das Joch (7), den Polkern (4) und einen Kernflansch (14) enthält, wobei der Spulenkern (6) durch ein gemeinsames Umspritzen oder Umgießen des Jochs (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoffmasse (8) hergestellt ist, und wobei der axiale Zwischenraum (10) zwischen dem Joch (7) und dem Polkern (4) auch mit der Kunststoffmasse ausgefüllt ist.
Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Anker (5) umfassende Joch (7) mit einem Flansch (15) ausgestattet ist, der den Magnetfluss von dem Gehäuse (3) zu dem Anker (5) leitet.
Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an das Joch (7) eine Endscheibe (12) geschweißt ist, die dem Anker (5) als Anschlag dient.
Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Joch (7) eine Endscheibe (12) eingepresst ist, die dem Anker (5) als Anschlag dient.
Elektromagnet nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endscheibe (12) ein Loch oder eine Mehrzahl von Löchern (13) aufweist.
Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernflansch (14) und der Polkern (4) einstückig ausgeführt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruchs dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens die folgenden Schritte enthält: • Umspritzen oder Umgießen des Joches (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoffmasse (8) zur Herstellung des Spulenkerns (6) • Bewickeln des Spulenkerns (6) mit der Magnetspule (2) • Fügen des Gehäuses (3) um das Joch (7) und die Magnetspule (2) • Reiben des Innendurchmessers (11) des Spulenkerns (6) • Fügen der Ankerstange (16) und des Ankers (5) in das Joch (7) • Schweißen der Endscheibe (12) an das Joch (7) oder Einpressen der Endscheibe (12) in das Joch (7)