DE102019123517A1

DE102019123517A1 - Elektromagnet und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102019123517A1
Application number: DE102019123517.0A
Authority: DE
Inventors: Marc Leinweber; Christian Häberle; Sebastian Heinzel; Matthias Friedrich
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2021-03-04
Also published as: EP4026148A1; WO2021043658A1; CN114303211A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten (1), aufweisend einen Magnetanker (10), eine Magnetspule (2) mit einer Wicklung (3) und mit einem Spulenkörper (4), einem Magnetpol (5), einem Magnetjoch (6) und einem Gehäuse (7) als Eisenrückschluss, wobei der Magnetanker (10) in einer ersten Bohrung (11) in dem Magnetjoch (6) und mindestens zeitweise in einer zweiten Bohrung (12) in dem Magnetpol (5) gelagert ist, und wobei der Magnetpol (5) und das Magnetjoch (6) durch einen unmagnetisierbaren Spalt (8) axial beabstandet sind.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Spalt (8) zwischen dem Magnetpol (5) und dem Magnetjoch (6) teilweise durch eine Kunststoffmasse (15) ausgefüllt ist, wobei die Kunststoffmasse (15) einen inneren Durchmesser (16) aufweist, der um ein vorgegebenes Mindestmaß X größer ist als jeweils die Durchmesser der ersten Bohrung (11) des Magnetjochs (6) und der zweiten Bohrung (12) des Magnetpols (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten, aufweisend einen Magnetanker, eine Magnetspule mit einer Wicklung und mit einem Spulenkörper, einen Magnetpol, ein Magnetjoch und ein Gehäuse als Eisenrückschluss, wobei der Magnetanker in einer ersten Bohrung in dem Magnetjoch und mindestens zeitweise in einer zweiten Bohrung in dem Magnetpol gelagert ist, und wobei der Magnetpol und das Magnetjoch durch einen unmagnetisierbaren Spalt axial beabstandet sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bearbeitung der ersten und der zweiten Bohrung, die gemeinsam als Lagerung des Magnetankers dienen, durch eine geeignete Gestaltung und Herstellung des Spalts zwischen dem Magnetpol und dem Magnetjoch kostengünstiger und hinsichtlich der Lagerungsqualität prozesssicherer zu machen und eine wärmebedingte Ausdehnung eines Materials, das den genannten Spalt ausfüllt, für die Lagerung unschädlich zu machen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs, hinsichtlich des Herstellverfahrens durch die unabhängigen Verfahrensansprüche, wobei die abhängigen Ansprüche die erfinderische Lehre weiterbilden.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Spalt zwischen dem Magnetpol und dem Magnetjoch teilweise durch eine Kunststoffmasse ausgefüllt ist, wobei die Kunststoffmasse einen inneren Durchmesser aufweist, der um ein vorgegebenes Mindestmaß X größer ist als jeweils die Durchmesser der ersten Bohrung des Magnetpols und der zweiten Bohrung des Magnetjochs. Durch die Tatsache, dass der innere Durchmesser der Kunststoffmasse größer ist als die benachbarten Bohrungen, ist sichergestellt, dass bei einer Feinbearbeitung der Bohrungen die Kunststoffmasse die Bearbeitung nicht behindert und dass bei einer wärmebedingten Ausdehnung der Kunststoffmasse die Lagerung nicht beeinträchtigt wird. Das Mindestmaß X richtet sich nach dem gewählten Material der Kunststoffmasse und dem Bearbeitungsverfahren und liegt vorzugsweise zwischen 0,005 mm und 0,2 mm.
Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung weist der Magnetpol angrenzend an die zweite Bohrung ein erstes Formelement auf, das einen Formübergang von der ersten Bohrung zu dem inneren Durchmesser der Kunststoffmasse bewirkt. Dieses Formelement kann vorzugsweise eine Fase, ein Radius oder eine Abstufung der Bohrung sein.
Vorteilhafterweise weist das Magnetjoch angrenzend an die erste Bohrung ein zweites Formelement auf, das einen Formübergang von der ersten Bohrung zu dem inneren Durchmesser der Kunststoffmasse bewirkt. Auch dieses Formelement kann vorzugsweise eine Fase, ein Radius oder eine Abstufung der Bohrung sein.
Vorzugsweise enthält die Magnetspule eine Wicklung und einen Spulenkörper, der mit der Kunststoffmasse stoffschlüssig verbunden ist. Auch vorzugsweise werden dabei der Spulenkörper und die Kunststoffmasse zwischen dem Magnetpol und dem Magnetjoch in demselben Spritzvorgang hergestellt.
Zur Herstellung des Elektromagneten werden gemäß eines ersten Verfahrens der Magnetpol und das Magnetjoch als Einlegeteile in eine Spritzform eingelegt. Dabei sind der Magnetpol und das Magnetjoch durch einen unmagnetisierbaren Spalt axial beabstandet .
Während des Spritzvorgangs dringt in den axialen Spalt zwischen dem Magnetpol und dem Magnetjoch ein Teil der Kunststoffmasse ein.
Nach dem Spritzprozess und nach dem Bewickeln des Spulenkörpers wird durch eine mechanische Bearbeitung die Kunststoffmasse im axialen Spalt auf einen inneren Durchmesser gebracht, der um ein vorgegebenes Mindestmaß X größer ist als jeweils die Durchmesser der ersten Bohrung des Magnetjochs und der zweiten Bohrung des Magnetpols. Die genannte mechanische Bearbeitung kann dabei in einem Arbeitsgang oder in mehreren Arbeitsgängen erfolgen, aufgeteilt nach Vorbearbeitung und Feinbearbeitung. Es ist dabei vorteilhaft, wenn bei der Feinbearbeitung die Kunststoffmasse nicht mitbearbeitet werden muss.
Der Magnetanker wird zu seiner Lagerung in die erste Bohrung in dem Magnetjoch und in die zweite Bohrung in dem Magnetpol gefügt und schließlich werden die genannten Bauteile in das Gehäuse gefügt.
In einer Weiterentwicklung des ersten Verfahrens zur Herstellung des Elektromagneten werden bei der mechanischen Bearbeitung des inneren Durchmessers der Kunststoffmasse ein erstes Formelement an der zweiten Bohrung in dem Magnetpol und ein zweites Formelement an der ersten Bohrung in dem Magnetjoch erzeugt. Danach erfolgt vorzugsweise eine gemeinsame Feinbearbeitung der Bohrungen in dem Magnetpol und in dem Magnetjoch.
In einem zweiten Verfahren zur Herstellung des Elektromagneten werden der Magnetpol und das Magnetjoch als Einlegeteile in eine Spritzform eingelegt und der Spulenkörper durch einen Spritzvorgang hergestellt, wobei während des Spritzvorgangs in den Spalt zwischen dem Magnetpol und dem Magnetjoch eine Kunststoffmasse eindringt, und wobei durch den Einsatz eines Kerns mit flexiblen Elementen und durch eine geeignete Dosierung des flüssigen Kunststoffs die in den Spalt eindringende Kunststoffmasse auf einen inneren Durchmesser gebracht wird, der um ein vorgegebenes Mindestmaß X größer ist als die Durchmesser der zweiten Bohrung des Magnetpols und der ersten Bohrung des Magnetjochs. Dabei ist der Kern bei dem Spritzvorgang in den Bohrungen des Magnetpols und des Magnetjochs gelagert.
Bei diesem Verfahren kann bei entsprechend geeigneten Toleranzen der Bohrungen eine Feinbearbeitung ohne eine vorhergehende mechanische Bearbeitung erfolgen.
In einem dritten Verfahren zur Herstellung des Spulenkörpers wird der Magnetpol oder das Magnetjoch als Einlegeteil in eine Spritzform eingelegt. Bei dem Spritzvorgang wird eine Lagerung des nicht eingelegten magnetflussführenden Bauteils (Magnetpol oder Magnetjoch) in dem Spulenkörper und eine Kunststoffmasse hergestellt, wobei die Kunststoffmasse in einer Lage hergestellt wird, die später zwischen dem Magnetpol und dem Magnetjoch angeordnet ist.
Dabei wird die Kunststoffmasse durch die Spritzform bedingt auf einen inneren Durchmesser gebracht, der um ein vorgegebenes Mindestmaß X größer ist als der Durchmesser der ersten Bohrung des Magnetpols oder der zweiten Bohrung des Magnetjochs.
Das nicht in die Form eingelegte magnetflussführende Bauteil (Magnetpol oder Magnetjoch) wird in die Lagerung gefügt.
Die Lagerung ist vorteilhafterweise in ihrer Oberfläche mit Formelementen ausgeführt, die im Vergleich zu der Lagerung selbst erheblich kleinere Abmessungen aufweisen, vorzugsweise mit Rippen oder Noppen. Diese Formelemente werden später bei dem Fügevorgang des magnetflussführenden Bauteils in das durch Spritzgießen hergestellte Bauteil so verformt, dass unabhängig von der Lage der Lagerung in ihrem Toleranzfenster eine ausreichende Pressung zwischen der Lagerung und dem eingepressten Bauteil erzielt wird, aber das durch Spritzgießen hergestellte Bauteil nicht überlastet wird.
Nach dem Bewickeln des Spulenkörpers mit der Wicklung werden die erste Bohrung des Magnetjochs und die zweite Bohrung des Magnetpols einer gemeinsamen Feinbearbeitung unterzogen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung anhand der Zeichnung.
Es zeigt:

1 Eine Schnittdarstellung des Elektromagneten.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Elektromagneten 1, der einen nicht dargestellten Magnetanker 10, eine Magnetspule 2 mit einer Wicklung 3, einen Magnetpol 5, ein Magnetjoch 6 und ein Gehäuse 7 als Eisenrückschluss aufweist. Dabei ist der Magnetanker 10 in einer ersten Bohrung 11 in dem Magnetjoch 6 und mindestens zeitweise in einer zweiten Bohrung 12 in dem Magnetpol 5 gelagert, und der Magnetpol 5 und das Magnetjoch 6 sind durch einen unmagnetisierbaren Spalt 8 axial beabstandet. Der Spalt 8 zwischen dem Magnetpol 5 und dem Magnetjoch 6 ist teilweise durch eine Kunststoffmasse 15 ausgefüllt, wobei die Kunststoffmasse 15 einen inneren Durchmesser 16 aufweist, der um ein vorgegebenes Mindestmaß X größer ist als jeweils die Durchmesser der ersten Bohrung 11 des Magnetjochs 6 und der zweiten Bohrung 12 des Magnetpols 5. In der Zeichnung ist der Magnetanker nicht dargestellt und das Maß X ist überhöht dargestellt.
Der Magnetpol 5 weist angrenzend an die zweite Bohrung 12 ein erstes Formelement 17 auf, das einen Formübergang von der zweiten Bohrung 12 zu dem inneren Durchmesser 16 der Kunststoffmasse 15 bewirkt.
Das Magnetjoch 6 weist angrenzend an die erste Bohrung 11 ein zweites Formelement 18 auf, das einen Formübergang von der ersten Bohrung 11 zu dem inneren Durchmesser 16 der Kunststoffmasse 15 bewirkt.
Die Magnetspule 2 besteht aus einer Wicklung 3 und einem Spulenkörper 4, der mit der Kunststoffmasse 15 stoffschlüssig verbunden ist.
Der Magnetpol 5 und das Magnetjoch 6 sind mit jeweils einer Lagerung 19 in dem Spulenkörper 4 gelagert.
Die vorhergehende Beschreibung gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Elektromagnet
2: Magnetspule
3: Wicklung
4: Spulenkörper
5: Magnetpol
6: Magnetjoch
7: Gehäuse
8: Spalt
10: Magnetanker
11: Bohrung im Magnetjoch
12: Bohrung im Magnetpol
15: Kunststoffmasse
16: Innerer Durchmesser
17: Formelement
18: Formelement
19: Lagerung

Claims

Elektromagnet (1) aufweisend einen Magnetanker (10), eine Magnetspule (2) mit einer Wicklung (3) und mit einem Spulenkörper (4), einem Magnetpol (5), einem Magnetjoch (6) und einem Gehäuse (7) als Eisenrückschluss, wobei der Magnetanker (10) in einer ersten Bohrung (11) in dem Magnetjoch (6) und mindestens zeitweise in einer zweiten Bohrung (12) in dem Magnetpol (5) gelagert ist, und wobei der Magnetpol (5) und das Magnetjoch (6) durch einen unmagnetisierbaren Spalt (8) axial beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (8) zwischen dem Magnetpol (5) und dem Magnetjoch (6) teilweise durch eine Kunststoffmasse (15) ausgefüllt ist, wobei die Kunststoffmasse (15) einen inneren Durchmesser (16) aufweist, der um ein vorgegebenes Mindestmaß X größer ist als jeweils die Durchmesser der ersten Bohrung (11) des Magnetjochs (6) und der zweiten Bohrung (12) des Magnetpols (5).
Elektromagnet (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetpol (5) angrenzend an die zweite Bohrung (12) ein erstes Formelement (17) aufweist, das einen Formübergang von der zweiten Bohrung (12) zu dem inneren Durchmesser (16) der Kunststoffmasse (15) darstellt.
Elektromagnet (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (6) angrenzend an die erste Bohrung (11) ein zweites Formelement (18) aufweist, das einen Formübergang von der ersten Bohrung (11) zu dem inneren Durchmesser (16) der Kunststoffmasse (15) darstellt.
Elektromagnet (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (2) eine Wicklung (3) und einen Spulenkörper (4) enthält, wobei der Spulenkörper (4) mit der Kunststoffmasse (15) stoffschlüssig verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten (1), aufweisend einen Magnetanker (10), eine Magnetspule (2) mit einer Wicklung (3) und mit einem Spulenkörper (4), einen Magnetpol (5), ein Magnetjoch (6) und ein Gehäuse (7) als Eisenrückschluss, wobei der Magnetanker (10) in einer ersten Bohrung (11) in dem Magnetjoch (6) und mindestens zeitweise in einer zweiten Bohrung (12) in dem Magnetpol (5) gelagert ist, und wobei der Magnetpol (5) und das Magnetjoch (6) durch einen unmagnetisierbaren Spalt (8) axial beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellverfahren mindestens die folgenden Prozessschritte enthält: - zur Herstellung des Spulenkörpers (4) werden der Magnetpol (5) und das Magnetjoch (6) als Einlegeteile in eine Spritzform eingelegt, - während des Spritzvorgangs dringt in einen axialen Spalt (8) zwischen dem Magnetpol (5) und dem Magnetjoch (6) eine mit dem Spulenkörper (4) stofflich verbundene Kunststoffmasse (15) ein, - nach dem Spritzprozess und nach dem Bewickeln des Spulenkörpers (4) mit der Wicklung (3) wird die Kunststoffmasse (15) durch eine mechanische Bearbeitung auf einen inneren Durchmesser (16) gebracht, der um ein vorgegebenes Mindestmaß X größer ist als die Durchmesser der ersten Bohrung (11) des Magnetjochs (6) und der zweiten Bohrung (12) des Magnetpols (5).
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der mechanischen Bearbeitung auch ein erstes Formelement (17) an der ersten Bohrung (11) in dem Magnetjoch (6) und ein zweites Formelement (18) an der zweiten Bohrung (12) in dem Magnetpol (5) erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach den genannten Bearbeitungen eine gemeinsame Feinbearbeitung der ersten Bohrung (11) und der zweiten Bohrung (12) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten (1), aufweisend einen Magnetanker (10), eine Magnetspule (2) mit einer Wicklung (3) und mit einem Spulenkörper (4), einen Magnetpol (5), ein Magnetjoch (6) und ein Gehäuse (7) als Eisenrückschluss, wobei der Magnetanker (10) in einer ersten Bohrung (11) in dem Magnetjoch (6) und mindestens zeitweise in einer zweiten Bohrung (12) in dem Magnetpol (5) gelagert ist, und wobei der Magnetpol (5) und das Magnetjoch (6) durch einen unmagnetisierbaren Spalt (8) axial beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellverfahren mindestens die folgenden Prozessschritte enthält: - zur Herstellung des Spulenkörpers (4) werden der Magnetpol (5) und das Magnetjoch (6) als Einlegeteile in eine Spritzform eingelegt, - während des Spritzvorgangs dringt in einen axialen Spalt (8) zwischen dem Magnetpol (5) und dem Magnetjoch (6) eine mit dem Spulenkörper (4) stofflich verbundene Kunststoffmasse (15) ein, - durch den Einsatz eines Kerns mit flexiblen Elementen und eine geeignete Dosierung des flüssigen Kunststoffs wird die in den Spalt (8) eindringende Kunststoffmasse (15) auf einen inneren Durchmesser gebracht, der um ein vorgegebenes Mindestmaß X größer ist als die Durchmesser der ersten Bohrung (11) des Magnetjochs (6) und der zweiten Bohrung (12) des Magnetpols (5), wobei der genannte Kern bei dem Spritzvorgang in den Bohrungen (11, 12) des Magnetjochs (6) und des Magnetpols (5) gelagert ist. - Die erste Bohrung (11) des Magnetjochs (6) und die zweite Bohrung (12) des Magnetpols (5) werden einer gemeinsamen Feinbearbeitung unterzogen
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten (1), aufweisend einen Magnetanker (10), eine Magnetspule (2) mit einer Wicklung (3) und mit einem Spulenkörper (4), einen Magnetpol (5), ein Magnetjoch (6) und ein Gehäuse (7) als Eisenrückschluss, wobei der Magnetanker (10) in einer ersten Bohrung (11) in dem Magnetjoch (6) und mindestens zeitweise in einer zweiten Bohrung (12) in dem Magnetpol (5) gelagert ist, und wobei der Magnetpol (5) und das Magnetjoch (6) durch einen unmagnetisierbaren Spalt (8) axial beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellverfahren mindestens die folgenden Prozessschritte enthält: - zur Herstellung des Spulenkörpers (4) wird der Magnetpol (5) oder das Magnetjoch (6) als Einlegeteile in eine Spritzform eingelegt - bei dem Spritzvorgang wird eine Lagerung (19) des nicht eingelegten magnetflussführenden Bauteils (Magnetpol (5) oder Magnetjoch (6)) in dem Spulenkörper (4) und eine Kunststoffmasse (15) hergestellt, wobei die Kunststoffmasse (15) in einer Lage hergestellt wird, die später zwischen dem Magnetpol (5) und dem Magnetjoch (6) angeordnet ist und wobei die Kunststoffmasse (15) formbedingt auf einen inneren Durchmesser (16) gebracht wird, der um ein vorgegebenes Mindestmaß X größer ist als der Durchmesser der ersten Bohrung (11) des Magnetjochs (6) oder der zweiten Bohrung (12) des Magnetpols (5). - Das nicht in die Form eingelegte magnetflussführende Bauteil (Magnetpol (5) oder Magnetjoch (6)) wird in die Lagerung (19) in dem Spulenkörper (4) gefügt. - Nach dem Bewickeln des Spulenkörpers (4) mit der Wicklung (3) werden die erste Bohrung (11) des Magnetjochs (6) und die zweite Bohrung (12) des Magnetpols (5) einer gemeinsamen Feinbearbeitung unterzogen.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Fügen des magnetflussführenden Bauteils (Magnetpol (5) oder Magnetjoch (6)) in der Lagerung (19) oberflächlich vorhandene Formelemente (17,18), vorzugsweise Rippen oder Noppen, verformt werden.