DE102017003201A1

DE102017003201A1 - Elektromagnet

Info

Publication number: DE102017003201A1
Application number: DE102017003201.7A
Authority: DE
Inventors: Fabian Rösner; Axel Müller; Thomas Rolland
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2017-04-01
Filing date: 2017-04-01
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-04-02
Also published as: DE102017003201B4

Abstract

Aufgabe: Die Magnetspule (2) des Elektromagneten mit einer Wicklung (6) soll eine bessere Wärmeleitung von der Wicklung über den Spulenkörper (7) auf andere Bauteile des Elektromagneten aufweisen. Lösung: Der Spulenkörper (7) weist mindestens eine Rippe (9) auf, die mindestens anteilig die Wicklung (6) in eine Mehrzahl von Teilwicklungen (8) aufteilt, indem die mindestens eine Rippe (9) zwischen den Teilwicklungen (8) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Rippe (9) formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem zylindrischen zentralen Teil (14) des Spulenkörpers (7) verbunden ist.
Anwendung: Betätigung von Ventilen, Dosierpumpen oder Kupplungen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einer Magnetspule entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Stand der Technik:
Elektromagnete mit Magnetspulen sind bekannt und weit verbreitet. Sie werden genutzt, um schaltende oder proportionalwirkende Hubbewegungen zu bewirken. Die dabei erzeugten Kräfte und/oder Schaltfrequenzen werden unter anderem durch die Erwärmung der Magnetspule begrenzt, die sich aufgrund des elektrischen Widerstands des Spulendrahts der Magnetspule ergibt.
Die Wärme wird überwiegend von der Wicklung der Magnetspule auf den Spulenkörper, der die Wicklung trägt, übertragen und von dem Spulenkörper an andere Bauteile des Elektromagneten, wie Magnetpol, Magnetjoch oder Eisenrückschluss, weitergeleitet. Eine direkte Wärmeleitung von der Wicklung an das die Wicklung umgebende Gehäuse wird durch das fertigungsbedingte unvollständige Ausfüllen des Zwischenraums zwischen dem Spulenkörper und dem Gehäuse behindert.
Es sind aus anderen Bereichen der Elektrotechnik (Spulen für Hochfrequenz) Spulenkörper bekannt, die Rippen aufweisen. Diese Rippen dienen dazu, unterschiedliche Wicklungen auf demselben Spulenkörper voneinander zu trennen.
Aufgabe:
Die Magnetspule mit einer Wicklung soll eine bessere Wärmeleitung von der Wicklung über den Spulenkörper auf andere Bauteile des Elektromagneten aufweisen.
Lösung:
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Elektromagnet besteht aus einer Magnetspule, einem Anker, einem Magnetpol, einem Eisenrückschluss und einem Magnetjoch, wobei die Magnetspule aus einer Wicklung und einem Spulenkörper besteht.
Der Spulenkörper weist mindestens eine Rippe auf, die mindestens anteilig die Wicklung in eine Mehrzahl von Teilwicklungen aufteilt, indem die mindestens eine Rippe zwischen den Teilwicklungen angeordnet ist.
Der Spulenkörper und die damit formschlüssig oder stoffschlüssig verbundene mindestens eine Rippe besteht aus einem Material, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist:

• Kunststoffmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,5 W/(mK)
• mit Metall-, Glas- oder Keramikpartikeln gefülltem Kunststoffmaterial
• Keramikmaterial
• Glas

Alle diese Materialien weisen eine Mindest-Wärmeleitfähigkeit auf, die größer ist als die Wärmeleitfähigkeit von üblichem Kunststoff für das Kunststoffspritzgießen, wie zum Beispiel 0,25 - 0,35 W/(mK) für PA.
Die mindestens eine Rippe weist in einer ersten Ausführung einen Schlitz auf, durch den ein Spulendraht einer Teilwicklung einfach oder mehrfach zu einer benachbarten Teilwicklung geführt ist.
In einer zweiten Ausführung weist die mindestens eine Rippe keinen Schlitz auf, denn eine Teilwicklung ist vollständig nach der anderen gewickelt und die elektrische Verbindung zwischen den Teilwicklungen erfolgt radial außerhalb der Rippe oder in einer Einkerbung der mindestens einen Rippe.
In einer dritten Ausführung besteht die Wicklung aus mindestens zwei der mindestens einen Rippe benachbarten Teilwicklungen und einer äußeren Teilwicklung, wobei der innere Durchmesser der äußeren Teilwicklung so groß ist wie der äußere Durchmesser der mindestens einen Rippe.
Vorzugsweise weist die mindestens eine Rippe einen mindestens gleichdicken Querschnitt auf wie der zylindrische zentrale Teil des Spulenkörpers.
Vorteilhafterweise bestehen der Spulenkörper und die daran angeformte mindestens eine Rippe aus einem Kunststoffmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/(mK).
Die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffmaterials lässt sich durch ein Füllen mit Glas-, Metall- oder Keramikpartikeln erheblich verbessern.
Noch vorteilhafterweise bestehen der Spulenkörper und die daran angeformte mindestens eine Rippe aus einer durch ein Pulverspritzverfahren (PIM) hergestellten technischen Keramik mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/(mK), üblicherweise aber mehr als 100 W/(mK).
Vorteil:
Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der mindestens einen Rippe und des Spulenkörpers kann die von der Wicklung bei einer Bestromung erzeugte Wärme schneller zu anderen Bauteilen und einer Anflanschläche des Elektromagneten oder an eine Flüssigkeit abgegeben werden, die den Elektromagneten durchströmt. Durch die schnelle Wärmeabgabe vermindert sich die auftretende Höchsttemperatur im Einsatz, was die Lebensdauer des Elektromagneten verbessert.
Anwendung:
Elektromagnete der beschriebenen Art werden zur Ansteuerung von Ventilen und zur Betätigung von Dosierpumpen oder Kupplungen verwendet.
Bilder und beispielhafte Ausführungen:
1 zeigt einen Elektromagneten (1) mit einer erfindungsgemäßen Magnetspule (2). Die Magnetspule (2) weist einen Spulenkörper (7) und eine Wicklung (6) auf. Die Wicklung (6) erzeugt einen Magnetfluss, der von dem Eisenrückschluss (5) und dem Magnetjoch (15) auf den Anker (3) geleitet wird und über den Magnetpol (4) zum Eisenrückschluss (5) zurückfließt. Zwischen dem Anker (3) und dem Magnetpol (4) wirkt die Magnetkraft.
Die Wicklung der Magnetspule (2) erwärmt sich bei einer Bestromung, und diese Wärme fließt vorrangig über den Spulenkörper (7) ab, denn die Wicklung (6) berührt den Eisenrückschluss (5) sehr geringfügig, wenn überhaupt. Dieser Wärmefluss von der Wicklung zum Spulenkörper (7) wird durch mindestens eine Rippe (9) verbessert, die wenigstens einen Teil der Wicklung (6) durchdringt.
Damit die Wärme unbehindert von der Rippe in den Spulenkörper fließt, ist die Rippe (9) formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem zylindrischen zentralen Teil (14) des Spulenkörpers verbunden.
2 zeigt die Magnetspule (2) mit einer Mehrzahl von Rippen (9), die eine Mehrzahl von Teilwicklungen (8) umfassen. Die Rippen sind stoffschlüssig mit dem zentralen Teil des Spulenkörpers (14) verbunden.
3 zeigt die Magnetspule (2) in einer Schnittdarstellung, wobei die Rippe (9) mit ihrem Schlitz (10) gezeigt wird, durch diesen Schlitz (10) wird der Spulendraht (11) von einer Teilwicklung (8) zur nächsten Teilwicklung (8') geführt.
4 zeigt die Magnetspule (2) in der oben genannten dritten Ausführung mit mehreren Teilwicklungen (8) zwischen Rippen (9) und einer äußeren Teilwicklung (12), wobei der innere Durchmesser der äußeren Teilwicklung (12) so groß ist wie der äußere Durchmesser der Rippen (9).
Bezugszeichenliste

1.: Elektromagnet
2.: Magnetspule
3.: Anker
4.: Magnetpol
5.: Eisenrückschluss
6.: Wicklung
7.: Spulenkörper
8.: Teilwicklung
9.: Rippe
10.: Schlitz
11.: Spulendraht
12.: Äußere Teilwicklung
13.: Einkerbung
14.: Zentraler Teil des Spulenkörpers
15.: Magnetjoch

Claims

Elektromagnet (1) mit einer Magnetspule (2), einem Anker (3), einem Magnetpol (4), einem Eisenrückschluss (5) und einem Magnetjoch (15), wobei die Magnetspule (2) aus einer Wicklung (6) und einem Spulenkörper (7) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (7) mindestens eine Rippe (9) aufweist, die mindestens anteilig die Wicklung (6) in eine Mehrzahl von Teilwicklungen (8) aufteilt, indem die mindestens eine Rippe (9) zwischen den Teilwicklungen (8) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Rippe (9) formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem zylindrischen zentralen Teil (14) des Spulenkörpers (7) verbunden ist.
Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (7) und die damit verbundene mindestens eine Rippe (9) aus einem Material besteht, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: • Kunststoffmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,5 W/(mK) • mit Metall-, Glas- oder Keramikpartikeln gefülltem Kunststoffmaterial • Keramikmaterial • Glas
Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rippe (9) einen Schlitz (10) aufweist, durch den Spulendraht (11) einer Teilwicklung (8') einfach oder mehrfach zu einer benachbarten Teilwicklung (8") geführt ist.
Etektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rippe (9) ungeschlitzt ausgeführt ist, wobei eine Teilwicklung (8) vollständig nach der anderen gewickelt ist und die elektrische Verbindung zwischen den Teilwicklungen (8) radial außerhalb der Rippe oder in einer Einkerbung (13) der mindestens einen Rippe (9) erfolgt.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rippe (9) einen mindestens gleichdicken Querschnitt aufweist wie der zylindrische zentrale Teil (14) des Spulenkörpers (7).
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (6) aus mindestens zwei der mindestens eine Rippe (9) benachbarten Teilwicklungen (8) und einer äußeren Teilwicklung (12) besteht, wobei der innere Durchmesser der äußeren Teilwicklung (12) so groß ist wie der äußere Durchmesser der mindestens einen Rippe (9).
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (7) und die daran angeformte mindestens eine Rippe (9) aus einem Kunststoffmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/(mK) besteht.
Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (7) und die daran angeformte mindestens eine Rippe (9) aus einem mit Glas-, Metall- oder Keramikpartikeln gefüllten Kunststoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/(mK) besteht.
Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (7) und die daran angeformte mindestens eine Rippe (9) aus einer durch ein Pulverspritzverfahren (PIM) hergestellten technischen Keramik mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/(mK) besteht.