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Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einer auswechselbaren Magnetspule entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und Verfahren zum Zusammenbau des Elektromagneten.
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Stand der Technik:
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Elektromagnete sind bekannt und weit verbreitet. Sie werden zum Beispiel zur Betätigung von hydraulischen Ventilen eingesetzt.
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Bei dieser Anwendungen ist eine Medientrennung erforderlich, in der Regel dient ein Polrohr oder ein tiefgezogenes Röhrchen dazu, den Flüssigkeitsraum von dem Raum der Magnetspule des Elektromagneten zu trennen. In dem Polrohr oder dem Röhrchen bewegt sich der Anker relativ zum Magnetpol, der mittels einer Ankerstange das bewegliche Bauteil des Ventils beaufschlagt. Magnetpol, Röhrchen oder Polrohr, Anker und Ankerstange bilden die Kernbaugruppe.
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Die Kernbaugruppe wird von der Magnetspule umschlossen. Bei etlichen Anwendungen wird seitens der Betreiber der Maschinen, die von den hydraulischen Ventilen gesteuert werden, eine Auswechselbarkeit der Magnetspule gefordert, weil in der Vergangenheit viele Magnetspulen wegen ihrer Vibrationsempfindlichkeit eine begrenzte Lebensdauer hatten. Auch wenn das mittlerweile kein Problem mehr ist, sind dennoch in einigen Ländern die Vorschriften zum Tausch der Magnetspulen bei einer Überholung von Arbeitsmaschinen nicht geändert worden, die Magnetspulen müssen also getauscht werden.
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Austauschbare Spulen sind bekannt und verbreitet, üblicherweise werden sie über das Polrohr geschoben und mit einer Gewindemutter befestigt, die in ein Gewinde am Ende des Polrohres eingreift. Diese Art der Montage erlaubt es auch, die Magnetspule vor dem Festziehen der Gewindemutter so auszurichten, dass der an der Magnetspule befestigte elektrische Steckverbinder in eine vorgegebene Richtung zeigt.
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Will man zur Kostensenkung das vergleichsweise teure Polrohr durch ein tiefgezogenes Röhrchen ersetzen, so müsste man zur Beibehaltung des Verfahrens des Zusammenbaus an das Polrohr einen Stutzen mit Gewinde anschweißen oder anlöten, was aber die Kostensenkung behindert.
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Es sind auch andere geeignete Verfahren zur Befestigung bekannt, wenn auch in diesem Zusammenhang nicht üblich.
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Von Schlauchverbindern ist es bekannt, den Schlauch mit einer Klemmvorrichtung zu befestigen, die aus einer im Kreis angeordneten Gruppe von Laschen mit einem gemeinsamen Außengewinde und einer Gewindemutter mit einer Konusfläche besteht. Bringt man den Schlauch zwischen die Laschen und schraubt man die Gewindemutter auf das Außengewinde, so drückt die Konusfläche die Laschen gegen den Schlauch und klemmt ihn ein.
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Von elektrischen Steckverbindern ist es bekannt, diese mittels eines bügelförmigen Drahts zu verriegeln.
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Bügelförmige Riegel aus recht dickem Draht sind aus der Verbindungstechnik für Schläuche im Bergbau bekannt, wie in der DIN 20043 beschrieben ist.
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Die
DE 60 2004 011 447 T2 offenbart ein Magnet- oder Solenoidventil für eine elektronisch gesteuerte Bremsanlage und insbesondre eine Vorrichtung zum Befestigen von Spulenanordnungen von Solenoidventilen an einem Gehäuse einer elektronischen Steuereinheit (ECU) einer elektronisch gesteuerten Bremsanlage.
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Die
DE 10 2009 050 564 A1 offenbart eine verlier- und verdrehsichere Befestigung für Elektromagneten, insbesondere mit einem einen Magnetanker aufnehmenden Tubusrohr und einem Spulenelement, wobei das Spulenelement am Tubusrohr über ein Befestigungselement festlegbar ist. Am Tubusrohr ist ein mit dem Tubusrohr einerseits und dem Spulenelement andererseits in Eingriff bringbares Sicherungselement zur verdrehfesten Anordnung von Tubusrohr und Spulenelement vorgesehen.
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Die US 2012 / 0 025 938 A1 offenbart ein Elektromagnet mit einem Polrohr und einer Spule, die das Polrohr umgreift und entlang einer Längsachse des Polrohrs verschiebbar ist. Dabei liegt eine erste Stirnfläche der Spule an einem mit einem ersten Endabschnitt des Polrohrs verbundenen ersten Widerlager an. Zwischen einer zweiten Stirnfläche der Spule und einem mit einem zweiten Endabschnitt des Polrohrs verbundenen zweiten Widerlager ist ein elastisches Element angeordnet, das sich am zweiten Widerlager abstützt und die Spule gegen das erste Widerlager vorspannt. Dadurch ist eine gegen Temperaturschwankungen und auch bei Vibrationen dauerhafte und konstant gespannte Befestigung der Spule auf dem Polrohr gegeben, die sich auch nach längerer Einwirkung von Feuchtigkeit leicht lösen lässt.
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Aufgabe:
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Um eine kostengünstige Ausführung der Kernbaugruppe zu erreichen, soll statt eines Polrohres ein tiefgezogenes Röhrchen zur Medientrennung verwendet werden, dieses soll aber nur mit dem Magnetpol und nicht zusätzlich mit einem Gewindestutzen verschweißt werden. Dazu ist eine für diese Anwendung neue, aber in anderen Anwendungen bewährte Befestigung der Magnetspule an der Kernbaugruppe einzusetzen.
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Lösung:
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs in Verbindung mit den Unteransprüchen gelöst. Die Unteransprüche beschreiben auch Weiterbildungen der Erfindung. Der letzte Anspruch ist ein Nebenanspruch, der ein Verfahren zum Zusammenbau des erfindungsgemäßen Elektromagneten beschreibt, wobei der Verfahrensanspruch die Merkmale der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche aufgreifet.
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Der Elektromagnet zur Betätigung einer fluidischen Vorrichtung besteht aus einer Kernbaugruppe und einer Magnetspule. Dabei ist die Kernbaugruppe aus einem Röhrchen, einem Magnetpol, einem Anker und einer Ankerstange aufgebaut.
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Die auswechselbare Magnetspule besteht aus einer Drahtwicklung, einem Spulenköper, einem Eisenrückschluss, einer vorzugsweisen teilweisen Kunststoffumspritzung und einem daran angeformten elektrischen Steckverbinder.
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Der Eisenrückschluss ist als Topf oder Bügel ausgeführt und führt den Magnetfluss von dem Magnetpol um die Spule zu dem Ort, an dem der Magnetfluss durch das Röhrchen zum Anker geleitet wird.
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Die Magnetspule ist auf dem Röhrchen der Kernbaugruppe unverschieblich und drehfest in jeweils einer vorbestimmten Lage befestigt, wobei insbesondere der Steckverbinder entsprechend den Anforderungen ausgerichtet ist.
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Erfindungsgemäß wird zur Kostensenkung kein Polrohr, sondern ein Röhrchen verwendet, das durch ein umformendes Verfahren hergestellt ist und nur so dickes Blech aufweist, wie es für die Anwendung erforderlich ist, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 2,5 mm.
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Das von dem Magnetpol abgewandte Ende des ansonsten hohlzylinderförmig geformten Röhrchens ist als hohle Kugelkalotte geformt und weist nur solche Formmerkmale auf, die sich durch ein umformendes Verfahren mit vertretbarem Aufwand herstellen lassen.
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Das Röhrchen ist mit dem Magnetpol fluiddicht verschweißt oder verlötet.
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Die Magnetspule wird bei dem Zusammenbau des Elektromagneten in Längsrichtung gegen einen Anschlag des Magnetpols positioniert und in einer ersten Ausführung durch eine Klemmvorrichtung, die mindestens teilweise Teil der Kunststoffumspritzung der Magnetspule ist, festgesetzt. Dabei wird die mit einem Außengewinde versehene Klemmvorrichtung durch eine Gewindemutter betätigt, die mittels einer Konusfläche mindestens zwei Laschen der Klemmvorrichtung gegen das Röhrchen presst.
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Die Klemmvorrichtung ist dadurch ausgezeichnet, dass sie nicht die Magnetspule als Ganzes verspannt, sondern nur das Röhrchen radial einklemmt.
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Vorteilhafterweise ist die Gewindemutter aus Kunststoff hergestellt und/oder als Hutmutter ausgeführt.
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Wenn die Magnetspule ausgewechselt werden soll, wird die Gewindemutter gelöst und die Klemmvorrichtung gibt das Röhrchen frei.
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In einer zweiten Ausführung, welche außerhalb des Schutzumfangs beschrieben ist, wird die Magnetspule hinsichtlich ihres Drehwinkels durch Formelemente des Magnetpols und der Magnetspule, die einen Formschluss zwischen der Magnetspule und dem Magnetpol erzeugen, festgelegt.
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Zur axialen Festlegung wird ein in der Umspritzung der Magnetspule geführter Verriegelungsdraht in eine Nut des Magnetpols eingeschoben. Dadurch wird eine formschlüssig wirkende Verriegelung zwischen der Magnetspule und dem Magnetpol erzeugt.
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Vorzugsweise ist der Verriegelungsdraht so geformt, dass er bügelförmig ist und beweglich aber unverlierbar in Durchbrüchen oder Nuten der Kunststoffumspritzung der Magnetspule aufgenommen ist. Dabei ist er unverlierbar, weil mindesten ein Ende des Verriegelungsdrahts um ein Hindernis in der Kunststoffumspritzung gebogen ist.
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Damit die Magnetspule ausgewechselt werden kann, ist der Verriegelungsdraht nur in einer ersten, durch die Federwirkung des Verriegelungsdrahts bevorzugten Lage wegen eines Eingriffs in die Nut des Magnetpols mit der Magnetspule verriegelnd wirksam, aber in einer zweiten durch eine äußere Druckkraft bewirkten Lage greift er nicht in die Nut ein und nimmt deshalb auch keine Verriegelung vor.
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Vorzugsweise ist der der Elektromagnet mittels des Magnetpols mit einem fluidischen Ventil verbunden, dessen bewegliches Funktionsteil durch die Ankerstange betätigt wird. Dazu ist der Magnetpol durch Innen- und Außengewinde mit dem Ventil verbunden, oder der Magnetpol wird durch einen Flansch gehalten.
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Anwendung:
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Der erfindungsgemäße Elektromagnet wird vorrangig zur Betätigung von Schaltventilen oder von proportionalwirkenden Druckregelventilen in hydraulischen Steuerungen für selbstfahrende Arbeitsmaschinen verwendet, kann aber auch in stationären hydraulischen Steuerungen verwendet werden.
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Bilder:
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- 1: Befestigung der Magnetspule mittels einer Klemmvorrichtung
- 2: Schnitt der Ausführung mit Klemmvorrichtung
- 3: Befestigung der Magnetspule mittels eines Drahtbügels
- 4: Schnitt der Ausführung mit Drahtbügel
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Beispielhafte Ausführung:
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Der Elektromagnet (1) gemäß 1, 2, 3 oder 4 dient zur Betätigung einer fluidischen Vorrichtung, vorzugsweise eines Ventils.
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Der Elektromagnet besteht aus einer Kernbaugruppe (2) und einer auswechselbaren Magnetspule (3), wobei die Kernbaugruppe (2) aus einem Röhrchen (4), einem Magnetpol (5), einem Anker (6) und einer Ankerstange (7) besteht.
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Die Magnetspule besteht aus einer Drahtwicklung (8), einem Spulenköper (9), einem Eisenrückschluss (10), einer teilweisen Kunststoffumspritzung (11) und einem daran angeformten elektrischen Steckverbinder (12).
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Die Magnetspule (3) ist im zusammengebauten Zustand des Elektromagneten (1) auf dem Röhrchen (4) nach dem Einrasten einer Verriegelung (21) oder dem Spannen einer Klemmvorrichtung (15) auf der Kernbaugruppe (2) unverschieblich und drehfest in jeweils einer vorbestimmten Lage befestigt.
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Nach einem Lösen der Verriegelung (21) oder der Klemmvorrichtung (15) ruht die Magnetspule (3) lose auf der Kernbaugruppe und kann ausgewechselt werden.
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Das Röhrchen (4) ist durch ein umformendes Verfahren hergestellt, wobei das von dem Magnetpol (5) abgewandte Ende (13) des ansonsten hohlzylinderförmig geformten Röhrchens (4) als hohle Kugelkalotte geformt ist. Das Röhrchen (4) ist mit dem Magnetpol (5) fluiddicht verschweißt oder verlötet.
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In einer ersten Ausführung gemäß 1 oder 2 ist die Magnetspule (3) in Längsrichtung gegen einen Anschlag (14) des Magnetpols (5) und hinsichtlich ihres Drehwinkels durch die Ausrichtung während des Zusammenbaus positioniert.
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Sie ist durch eine Klemmvorrichtung (15) gehalten, die mindestens teilweise Teil der Kunststoffumspritzung (11) der Magnetspule (3) ist, wobei die mit einem Außengewinde versehene Klemmvorrichtung (15) durch eine Gewindemutter (16) betätigt ist, die mittels einer Konusfläche (17) mindestens zwei Laschen (18) der Klemmvorrichtung (15) gegen das Röhrchen (4) presst.
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In einer zweiten Ausführung, welche außerhalb des Schutzumfangs beschrieben ist, gemäß 3 oder 4 ist die Magnetspule (3) in Längsrichtung gegen einen Anschlag (14) des Magnetpols (5) und hinsichtlich ihres Drehwinkels durch Formelemente (19, 20) des Magnetpols (5) und der Magnetspule (3), die einen Formschluss zwischen der Magnetspule (3) und dem Magnetpol (5) erzeugen, positioniert.
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Die Magnetspule (3) ist auf der Kernbaugruppe (2) durch eine formschlüssig wirkende Verriegelung (21) mittels eines Verriegelungsdrahts (22) gehalten, wobei der Verriegelungsdraht (22) die Kunststoffumspritzung (11) der Magnetspule (3) mindestens einmal teilweise durchdringt und in einer Nut (23) des Magnetpols (5) so anliegt, dass die Magnetspule (3) nicht gegen die Kernbaugruppe (2) verschieblich ist, und wobei der Verriegelungsdraht (22) im Zuge des Zusammenbaus von Kernbaugruppe (2) und Magnetspule (3) so verschoben wurde, dass er in die Nut (23) eingreift.
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Vorzugsweise ist bei der Ausführung gemäß 3 oder 4 der Verriegelungsdraht (22) so geformt, dass er beweglich aber unverlierbar in Durchbrüchen und/oder Nuten der Kunststoffumspritzung (11) der Magnetspule (3) aufgenommen ist, indem mindesten ein Ende des Verriegelungsdrahts (22) um ein Hindernis (24) in der Kunststoffumspritzung (11) gebogen ist.
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Ebenfalls in der Ausführung gemäß 3 oder 4 verriegelt der Verriegelungsdraht (22) vorteilhafterweise in einer ersten, durch die Federwirkung des Verriegelungsdrahts (22) bevorzugten Lage wegen eines Eingriffs in die Nut (23) die Magnetspule (3) mit dem Magnetpol (5), und in einer zweiten durch eine äußere Druckkraft bewirkten Lage greift er nicht in die Nut (23) ein und nimmt deshalb auch nicht die Verriegelung vor.
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Die Kunststoffumspritzung (11) gemäß 1, 2, 3 oder 4 weist vorzugsweise mindestens eine Öffnung auf, eine für den Magnetpol (5) und bei der Ausführung gemäß 1 oder 2 eine weitere für das vom Magnetpol (5) abgewandte Ende (13) des Röhrchens (4).
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Bei der Ausführung gemäß 1 oder 2 ist die Gewindemutter (16) vorteilhafterweise aus Kunststoff hergestellt und als Hutmutter ausgeführt.
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Der Elektromagnet ist vorzugsweise mittels des Magnetpols (5) mit einem fluidischen Ventil verbunden, dessen bewegliches Funktionsteil durch die Ankerstange (7) betätigt ist.
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Zum Zusammenbau des Elektromagneten (1) gemäß 1 oder 2 wird wie folgend verfahren:
- - die Kernbaugruppe (2) wird an dem fluidischen Ventil befestigt,
- - die mit einer Kunststoffumspritzung (11) versehene Magnetspule (3) wird über die Kernbaugruppe (2) bis zu einem Anschlag (14) geschoben,
- - die Magnetspule (3) wird so verdreht, dass der an der Kunststoffumspritzung (11) angeformte elektrische Steckverbinder (12) eine vorbestimmte Richtung einnimmt,
- - eine Gewindemutter (16) wird auf eine an der Kunststoffumspritzung angeformte, mit einem Außengewinde versehene Klemmvorrichtung (15) aufgeschraubt, wobei mindestens zwei Laschen (18) der Klemmvorrichtung (15) durch eine Konusfläche (17) der Gewindemutter (16) gegen ein Röhrchen (4) der Kernbaugruppe gepresst werden und dadurch die Magnetspule (3) kraftschlüssig drehfest und verschiebungsfest mit dem Röhrchen (4) verbinden.
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Zum Zusammenbau des Elektromagneten (1) gemäß 3 oder 4, welcher außerhalb des Schutzumfangs beschrieben ist, wird wie folgend verfahren:
- - die Kernbaugruppe (2) wird an dem fluidischen Ventil befestigt,
- - die mit einer Kunststoffumspritzung (11) versehene Magnetspule (3) wird über die Kernbaugruppe (2) bis zu einem Anschlag (14) geschoben,
- - die Magnetspule (3) wird so verdreht, dass ein Formelement der Magnetspule (20) in ein Formelement (19) des Magnetpols (5) eindringt, wobei der an der Kunststoffumspritzung (11) angeformte elektrische Steckverbinder (12) eine vorbestimmte Richtung einnimmt,
- - die Magnetspule wird an dem Magnetpol (3) durch eine formschlüssig wirkende Verriegelung (21) mittels eines Verriegelungsdrahts (22) befestigt, indem der Verriegelungsdraht (22) so verschoben wird, dass er in eine Nut (23) in dem Magnetpol (3) eingreift, wobei der Verriegelungsdraht (22) von der die Kunststoffumspritzung (11) der Magnetspule (3) geführt wird und in der Nut (23) des Magnetpols (5) so anliegt, dass die Magnetspule (3) gegen die Kernbaugruppe (2) unverschieblich ist.
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Liste der Bezugszeichen
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- 1
- Elektromagnet
- 2
- Kernbaugruppe
- 3
- Magnetspule
- 4
- Röhrchen
- 5
- Magnetpol
- 6
- Anker
- 7
- Ankerstange
- 8
- Drahtwicklung
- 9
- Spulenkörper
- 10
- Eisenrückschluss
- 11
- Kunststoffumspritzung
- 12
- Steckverbinder
- 13
- Ende des Röhrchens
- 14
- Anschlag
- 15
- Klemmvorrichtung
- 16
- Gewindemutter
- 17
- Konusfläche
- 18
- Lasche
- 19
- Formelement
- 20
- Formelement
- 21
- Verriegelung
- 22
- Verriegelungsdraht
- 23
- Nut
- 24
- Hindernis
