-
Die
Erfindung betrifft eine elektromagnetische Spule, insbesondere für einen
elektrischen Ventiltrieb zur elektromagnetischen Ventilsteuerung
einer Brennkraftmaschine, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
-
Elektromagnetische
Betätigungsvorrichtungen
für Brennkraftmaschinen-Hubventile sind bekannt
aus der JP-A-2000-179317 und aus der EP-B-0 796 981. Die Betätigungsvorrichtung der erstgenannten
Druckschrift umfaßt
eine zylinderförmige
elektromagnetische Spule mit einem zylinderförmigen Innenjoch, einer auf
das Innenjoch gewickelten Spulenwicklung und einem zylinderförmigen Außenjoch,
welches das bewickelte Innenjoch aufnimmt. Die aus der zweitgenannten
Druckschrift bekannte Betätigungsvorrichtung
enthält
eine elektromagnetische Spule mit einem rechteckförmigen Spulenkern
und einer auf diesen Kern gewickelten Spulenwicklung mit Rechteckform.
Damit wird erreicht, daß in
dem engen Raum, der für
die Unterbringung der elektromagnetischen Spule in dem Zylinderkopf einer
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zur Verfügung steht, insbesondere wenn
je Zylinder zwei oder mehr Ventile vorgesehen sind, eine genügend hohe Ventilbetätigungskräfte aufbringende
Magnetspule untergebracht werden kann.
-
Die
DE 18 09 595 U1 offenbart
einen Transformator mit einem aus Isolierstoff bestehenden rechteckigen
Wickelkörper,
der zwei Metallwandungen aufweist und Kühlbleche besitzt, die auf der Oberfläche eines
Spulenkerns sitzen.
-
Die
DE 199 63 718 A1 zeigt
eine Magnetspule mit einer Wicklung, die sich in einem Wicklungsaufnahmebecher
befindet, der in einen Magnettopf eingesetzt und mit einem niedrig-viskosen
Vergussmaterial umgossen ist.
-
Es
werden sämtliche
Zwischenräume
der Magnetspule mit der Vergussmasse ausgefüllt, zur Verbesserung der thermischen
Leitfähigkeit
der Wicklung, die aus einem Backlackdraht gebildet ist.
-
Die
DE 195 29 725 zeigt einen
Spulenträger, der
rund um seinen Umfang mit Ringnuten versehen ist, die einen Spulendraht
aufnehmen.
-
Die
DE 81 33 597 U1 offenbart
einen Transformator mit einem rechteckförmigen Spulenkörper, auf
dessen Außenumfang
eine Wicklung gewickelt ist und der in seinem Innenraum einen Kernschenkel
eines Blechpaketes aufnimmt. Der Spulenkörper weist Aussparungen auf,
die einer Belüftung
zur Kühlung des
elektrischen Kreises dienen.
-
Die
DE 199 51 709 A1 zeigt
einen elektrischen Leiter mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt,
der von einer elektrisch isolierenden Schicht umgeben ist, wobei
auf zwei einander gegenüberliegenden
Flächen
der isolierenden Schicht eine Backlackschicht aufgebracht ist. Diese
dient der innigen Verklebung der Einzelleiter, um ein sehr hohes mechanisches
Widerstandsmoment zu erzielen.
-
Die
DE 38 42 735 A1 befasst
sich mit der Herstellung von Einzelspulen, die für den Anker einer elektrischen
Maschine verwendet werden. Die Einzelspulen werden dadurch hergestellt,
daß ein
mit Backlack beschichteter Draht um einen Schablonenkörper gewickelt
wird und der Schablonenkörper nach
der Fertigstellung der jeweiligen Einzelspule aus dem Drahtwickel
heraus genommen wird. Die auf den Schablonenkern gewickelten, mit
Backlack beschichteten Drähte
werden unter Wärmeeinfluß miteinander
verbacken, um mechanischen Zusammenhalt zu erzeugen. Beim Wickelvorgang
zwischen benachbarten Drahtwindungen verbliebene Hohlräume werden
durch Preßdruck
beim Verbacken der Drahtwindungen beseitigt, um die Packungsdichte
der Einzelspule zu erhöhen.
Wie der Preßdruck
aufgebracht wird und mit was für
einem Werkzeug, ist nicht angegeben.
-
Die
DE 36 34 668 A1 zeigt
eine Wickelvorrichtung, bei welcher ein Spulendraht auf einen rechteckförmigen Spulenträgerkörper gewickelt
wird.
-
Aus
der
DE 197 49 810
A1 ist ein Verfahren zur Herstellung für Spulen bekannt, die mit einem Spulendraht
gewickelt werden, der einen Metallkern, eine darauf befindliche
Isolationsschicht und eine darauf befindliche Backlackschicht aufweist.
Beim Wickeln wird die Backlackschicht durch punktartige Erwärmung an
der jeweiligen Wickelstelle erweicht und wird auf den zu wickelnden
Draht ein Wickelzug mit derartiger Vorspannung ausgeübt, daß sich die Isolationsschichten
benachbarter Lagen des Wicklungsdrahtes berühren und der verflüssigte Backlack in
die Hohlräume
zwischen den benachbarten Lagen des Wicklungsdrahtes gedrängt wird.
Damit soll eine hohe Packungsdichte der Spulenwicklung erreicht werden.
Der Backlackdraht wird unmittelbar auf einen Wickeldorn gewickelt.
-
Mit
der vorliegenden Erfindung soll eine für den eingangs genannten Einsatzzweck
geeignete elektromagnetische Spule geschaffen werden, die für den genannten
Einsatz insbesondere hinsichtlich ihrer Baugröße optimiert ist und geringe
Verlustleistung bei guter Wärmeableitung
ermöglicht.
-
Dies
wird mit einer elektromagnetischen Spule der im Patentanspruch 1
angegebenen Art erreicht, die mit dem im Patentanspruch 12 angegebenen
Verfahren hergestellt werden kann. Ausführungsformen der elektromagnetischen
Spule und des Verfahrens zu deren Herstellung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
-
Eine
erfindungsgemäße elektromagnetische Spule
umfasst einen mit Isoliermaterial aufgebauten Wicklungsträger mit
im wesentlichen rechteckiger Rahmenform und eine auf den Außenumfang
des Wicklungsträgers
mit Backlackdraht gewickelte Spulenwicklung mit einer an die Form
des Wicklungsträgers
angepassten Rechteckform, wobei zur besseren Wärmeableitung wenigstens eine
Längsseitenwand
des Wicklungsträgers
mindestens teilweise mit Metallblech aufgebaut ist. Die Spulenwicklung
wird nicht direkt auf den Spulenkern gewickelt sondern auf den Wicklungsträger. Die
Baueinheit aus Wicklungsträger
und darauf gewickelter Spulenwicklung wird auf einen Kern eines
Blechpakets gesteckt, der den Innenraum des Wicklungsträgers im
wesentlichen ausfüllt.
Dabei ist der üblicherweise
relativ feine Wicklungsdraht von dem Wicklungsträger vor Verletzungen geschützt, die
ohne den Wicklungsträger beim
Aufsetzen des "nackten" Spulenwickels auf
den rechteckigen und damit scharfkantigen Spulenkern verletzt werden
könnten.
Wenigstens eine Längsseitenwand
des Wicklungsträgers
ist mindestens teilweise mit vorzugsweise nichtmagnetischem Metallblech,
beispielsweise Aluminiumblech, aufgebaut, um eine gute Wärmeableitung
von der Spulenwicklung zu dem Blechpaket zu erreichen. Drahtführungsnuten,
die nur an den Schmalseitenwänden
des Wicklungsträgers
vorhanden sind, sind zur positionierenden Aufnahme der unmittelbar
auf dem Wicklungsträger
liegenden Drahtlage der Spulenwicklung vorgesehen. Die Spule ist
mit einem mit magnetisierbarem Material aufgebauten Blechpaket versehen, das
einen den Innenraum des Wicklungsträgers im wesentlichen ausfüllenden
Kern aufweist. Der Wicklungsträger,
der durch Spritzgießen
hergestellt werden kann, weist vorzugsweise eine sehr geringe Wandstärke auf,
vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 mm, so daß durch den Wicklungsträger kaum
Platz verloren geht. Das Metallblech weist vorzugsweise die gleiche
Wandstärke
auf und wird in die mit ihm versehene Längsseitenwand eingespritzt.
-
Der
Wicklungsträger
dient nicht als tragendes Spulenelement sondern erleichtert den
orthozyklischen Drahtwickelprozeß, indem die erste Lage des Wicklungsdrahtes
durch die Drahtführungsnuten
geführt
wird. Dabei sind an den Längsseitenwänden des
Wicklungsträgers
keine Drahtführungs nuten
vorgesehen, um den Gesamtplatzbedarf für den Wicklungsträger möglichst
klein zu halten.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung einer solchen elektromagnetischen Spule wird zunächst der
Wicklungsträger
auf einen Wickeldorn aufgesteckt. Danach wird auf den Außenumfang
des Wicklungsträgers
die Spulenwicklung gewickelt, und zwar mit Backlackdraht. Anschließend werden
mindestens die auf den beiden Längsseitenwänden des
Wicklungsträgers
befindlichen Bereiche der Spulenwicklung mit einer mit dem Backlack
des Backlackdrahtes nicht benetzbaren Pressvorrichtung in Richtung
Wickeldorn gepreßt,
derart, daß die
Spulenwicklung in eine der Wicklungsträgerform entsprechende Rechteckform
gebracht wird. Materialien, mit welchen die Pressvorrichtung beschichtet
werden kann, um mit dem Backlack nicht benetzbar zu sein, sind Teflon
(Handelsbezeichnung für
Polytetrafluorethylen), Chromteflon (poröse Chromschicht mit Teflon
in den Poren), Nickelteflon (poröse
Nickelschicht mit Teflon in den Poren), Aluminiumoxid oder eine
Diamantbeschichtung. Chromteflon und Nickelteflon sind härter, stabiler
und verschleißfester
als eine reine Teflon-Beschichtung, führen aber wie eine reine Teflonschicht
zu Nichtbenetzbarkeit mit Backlack. Die Spulenwicklung wird mittels
einer den Backlack des Backlackdrahtes erweichenden Erwärmung in der
durch das Verpressen erreichten Rechteckform fixiert. Danach wird
der mit der Spulenwicklung versehene Wicklungsträger vom Wickeldorn abgenommen
und auf dem Kern des Blechpakets angeordnet. Aufgrund des Schutzes
des Wicklungsdrahtes und der guten Gleitfähigkeit des aus Kunststoff
herstellbaren Wicklungsträgers
kann der Innenumfang der Spulenwicklung sehr eng an den Außenumfang
des Blechpaketkerns angepaßt
werden. Durch das Zusammenpressen der Spulenwicklung auf Rechteckform
und die Fixierung der Spulenwicklung in dieser Rechteckform durch
das Erwärmen
des Backlackdrahtes lassen sich einerseits minimale Querabmessungen
der Spulenwicklung erreichen und verbleibt die Spulenwicklung auch
nach dem Erkalten des Backlackdrahtes von selbst in dieser Rechteckform. Die
Spulenwicklung ist somit selbsstragend, sodass der Wicklungsträger keine
Tragfunktion zu erfüllen braucht
und entsprechend dünn
und platzsparend dimensioniert werden kann. Diese Maßnahmen
ermöglichen
eine gute Wärmeableitung
von der Spulenwicklung und eine kompakte Bauweise der elektromagnetischen
Spule, so daß die
Spule bei relativ hoher elektromagnetischer Leistung mit relativ
wenig Platzbedarf hergestellt werden kann.
-
Der
Backlackdraht kann beliebigen Querschnitt aufweisen, der vorzugsweise
aus der Formengruppe Kreis, Rechteck, Quadrat, Sechseck und Langlochform,
z.B. erhalten durch Flachpressen eines Drahtes mit kreisförmigem Querschnitt,
ausgewählt
ist. Eine besonders hohe Kompaktheit der Spule lässt sich durch einen Backlackdraht
mit rechteckigem, vorzugsweise quadratischem Querschnitt erreichen.
Dies führt
zu einer höheren
Packungsdichte als bei der Verwendung von Wicklungsdraht mit kreisrundem
Querschnitt.
-
Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung wird der mit der Spulenwicklung versehene und auf den
Kern des Blechpakets aufgesteckte Wicklungsträger in einem wannenförmigen Spulengehäuse aus nichtmagnetischem
Material angeordnet.
-
Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung werden die nach dem Einsetzen der Spule in das Spulengehäuse vorhandene
Zwischenräume
zwischen der Baueinheit aus Wicklungsträger und Spulenwicklung und
dem Blechpaket einerseits und dem Spulengehäuse andererseits mit Vergussmasse
hoher Wärmeleitfähigkeit
ausgefüllt,
bei der es sich vorzugsweise um eine niedrig viskose Vergussmasse wie
beispielsweise Epoxydharz handeln kann. Für dieses Vergießen wird
vorzugsweise ein Vakuumvergussverfahren oder ein automatisches Druckgelierverfahren
verwendet. Dabei wird die gesamte, die Wärmeleitung behindernde Luft
aus der Spule entfernt und dadurch die Ableitung der in dem Wicklungsdraht
entstehenden Wärme
verbessert.
-
Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen in schematisierter, nicht unbedingt maßstabsgetreuer
Darstellung:
-
1 eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Wicklungsträgers;
-
2 eine
Spulenwicklung, nachdem diese auf den Wicklungsträger gemäß 1 gewickelt worden
ist;
-
3 die
Spulenwicklung gemäß 2 nach
dem Verpressen und während
des Verbackens im verpressten Zustand;
-
4 eine
Seitenansicht der fertig montierten und kontaktierten Baueinheit
aus Wicklungsträger,
Spulenwicklung, Blechpaket und
Spulengehäuse, in Schnittdarstellung
hinsichtlich Blechpaket und
Spulengehäuse entlang der in 5 gezeigten Schnittlinie
4-4;
-
5 eine
Draufsicht auf die in 4 gezeigte Baueinheit;
-
6 eine
Schnittansicht entlang der Schnittlinie 6-6 in 5 für eine Spule
mit Wicklungsdraht runden Querschnitts;
-
7 eine
Schnittansicht wie in 6, jedoch mit Wickeldraht rechteckigen
Querschnitts;
-
8 eine
gegenüber 4 modifizierte Ausführungsform
mit Wärmeleitplatten
und mit Darstellung eines Ankers;
-
9 eine
Draufsicht auf die in 8 gezeigte Baueinheit; und
-
10 zwei
gegeneinander gesetzte Baueinheiten gemäß 8 zur Zusammenarbeit
mit einem zwischen diesen befindlichen gemeinsamen Anker zur Bildung
des prinzipiellen Aufbaus eines Aktuators.
-
1 zeigt
eine perspektivische Schrägansicht
einer Ausführungsform
eines Wicklungsträgers 11 einer
erfindungsgemäßen elektromagnetischen Spule.
Der Wicklungsträger 11 hat
eine im wesentlichen rechteckige Rahmenform mit zwei Längsseitenwänden 13 und 15 und
zwei Schmalseitenwänden 17 und 19.
Die Schmalseitenwände
sind je mit einer Anzahl von Drahtführungsnuten 21 versehen,
die sich bei der in 1 gezeigten Lage des Wicklungsträgers 11 je
horizontal erstrecken und übereinander
angeordnet sind. Die Form der Drahtführungsnuten 21 ist
an die Form des Wicklungsdrahtes angepaßt, mit welchem die Spulenwicklung
gewickelt werden soll. Die Drahtführungsnuten 21 dienen
der positionierenden Aufnahme der unmittelbar auf dem Wicklungsträger liegenden
Drahtlage der Spulenwicklung.
-
Der
Wicklungsträger 11 besteht
aus Isoliermaterial, vorzugsweise aus spritzgegossenem Kunststoff,
wobei in die in 1 hintere Längsseitenwand 15 ein
Blechstreifen 23 eingespritzt ist, der vorzugsweise aus
Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Dabei ist wichtig,
daß Wärme ableitendes
Metallblech in solcher Form in den Wicklungsträger 11 eingespritzt
wird, daß kein
geschlossener Stromkreis entsteht, in dem Wirbelströme fließen können. Da
Blech eine wesentlich höhere
Wärmeleitfähigkeit
aufweist als Kunststoff, wird mit dem Blechstreifen 23 die
Wärmeableitung 23 von
der Spulenwicklung zu einem den Wicklungsträger tragenden Spulenkern wesentlich
verbessert. Die Wärmeableitung
kann außerdem
dadurch verbessert werden, daß in
den Kunststoff des Wicklungsträgers 11 Wärme leitende
Füllstoffe
eingebracht werden. Die in 1 vordere
Längsseitenwand 13 ist
mit mehreren Durchbrüche 25 versehen, mittels
welchen die Haftung von später
eingebrachter Vergussmasse an dem Wicklungsträger 11 verbessert
wird.
-
Die
Wandstärke
des Wicklungsträgers 11 liegt
vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 1 mm, so daß der Wicklungsträger 11 nur
sehr wenig zu dem Gesamtplatzbedarf der Spule beiträgt und der
Erzielung einer möglichst
kompakten Bauweise der Spule nicht im Wege steht. Im Hinblick auf
dieses Ziel sind auch die Längsseitenwände 13 und 15 des Wicklungsträgers 11 nicht
mit Drahtführungsnuten versehen.
Der Blechstreifen 23 wird vorzugsweise in die entsprechende
Längsseitenwand 15 des
Wicklungsträgers 11 eingespritzt
und hat die selbe Wandstärke
wie die ihn aufnehmende Längsseitenwand 15 des
Wicklungsträgers 11.
-
Anhand
der 2 und 3 wird das Verfahren zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Spule näher erläutert.
-
2 zeigt
den Wicklungsträger 11 aufgesteckt
auf einen Wickeldorn 27 mit einer Rechteckform, welche
an die Rechteckform des Wicklungsträgers 11 angepaßt ist.
Außerdem
zeigt 2 eine auf den Außenumfang des Wicklungsträgers 11 gewickelte
Spulenwicklung 29, die zunächst noch entlang der Längsseitenwände 13 und 15 verfahrensbedingte
Ausbauchungen aufgrund unterschiedlicher Zugspannungen entlang des
Wicklungsdrahtes aufweist, die in 2 zur Verdeutlichung
etwas übertrieben dargestellt
sind. Als Wicklungsdraht wird üblicherweise
ein Draht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung verwendet. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird Wicklungsdraht mit rechteckigem, vorzugsweise quadratischem
Querschnitt verwendet, um eine möglichst
hohe Drahtpackungsdichte zu erzielen, das heißt, einen maximalen Kupferfüllfaktor. Erfindungsgemäß wird als
Wicklungsdraht ein Backlackdraht verwendet. Dabei handelt es sich
um einen Wicklungsdraht, der mit einem unter Wärme aushärtbarem (backbaren) Klebstoff
versehen ist.
-
Nach
Beendigung des Wicklungsvorgangs wird die Spulenwicklung 29 in
der in 3 angedeuteten Weise einem Preßvorgang und gleichzeitig einer Backlackaushärtungserwärmung ausgesetzt, mittels
welchem die Spulenwicklung auf Breiten- und Höhenmaß kalibriert wird. Dabei befindet
sich der mit der Spulenwicklung 29 versehene Wicklungsträger 11 noch
auf dem Wickeldorn 27 und werden die auf den beiden Längsseitenwänden 13 und 15 befindlichen
Bereiche der Spulenwicklung 29 mittels zweier von dem Klebstoff
des Backlackdrahtes nicht benetzbaren Preßstempel 31 in den
durch Pfeile F angedeuteten Richtungen zum Wickeldorn 27 hin
derart gepreßt,
daß diese
Wicklungsbereiche zur Anlage an den Längsseitenwänden 13 und 15 gebrachtund
damit die unmittelbar nach dem Wickelvorgang noch vorhandenen Ausbauchungen
beseitigt werden.
-
Während des
Preßvorgangs
wird die Baueinheit aus Wicklungsträger 11 und Spulenwicklung 29 erwärmt, um
den Klebestoff auf dem Backlackdraht auszuhärten und die mit dem Preßvorgang
gemäß 3 erzielte
Rechteckform der Spulenwicklung 29 zu fixieren. Hierzu
kann ein Ofen verwendet werden, der beispielsweise auf eine Temperatur
von 220°C aufgewärmt ist.
-
Zur
elektrischen Kontaktierung der Spule sind, wie in 4 gezeigt, übliche Kontaktfahnen 33 vorgesehen,
an welche die beiden Wicklungsdrahtenden 35 elektrisch
angeschlossen werden, zur Minimierung des Übergangswiderstandes vorzugsweise
durch Anschweißen.
An die von den Wicklungsdrahtenden 35 entgegengesetzten
Enden der Kontaktfahnen 33 werden Zuleitungsdrähte 37 elektrisch angeschlossen,
beispielsweise durch Anlöten,
Anschweißen
oder mittels Klemmschneidverbindung. Danach werden die Kontaktfahnen 33 je
um etwa 90° zur
Außenseite
der Spulenwicklung 29 hin gebogen. Beim späteren Eingießen der
Spule in eine Vergussmasse liegt der Kontaktierungsbereich der Spule
somit innerhalb des Bereichs der Vergussmasse und damit mechanisch
und gegenüber
Umwelteinflüssen geschützt. Durch
das Umbiegen der Kontaktfahnen wird eine weitere Verringerung des
Platzbedarfs für die
erfindungsgemäße Spule
erreicht.
-
Um
eine Beschädigung
des Wicklungsdrahtes, insbesondere im Bereich der Wicklungsdrahtenden 35,
zu vermeiden, sind an der als Auflageseite dienenden Unterseite
des Wicklungsträgers 11 Auflagefüße 39 angeordnet.
-
Im
Innenraum des Wicklungsträgers 11 befindet
sich ein in 4 nicht sichtbarer Spulenkern 41 mit
einer Rechteckform, die an die Rechteckform des Wicklungsträgers 11 angepaßt ist.
Der Spulenkern 41 bildet den mittleren Schenkel eines Blechpakets 42 mit
E-Profil, wie den Fig. fi und 7 entnehmbar
ist.
-
Nach
der Kontaktierung der Spule gemäß 4 wird
die Baueinheit aus Wicklungsträger 11, Spulenwicklung 29 und
Blechpaket 41, 42 in ein wannenförmiges Spulengehäuse 43 eingesetzt,
wie in Draufsicht in 5 und den Schnittansichten in
den 6 und 7 längs der Schnittlinie A-A in 5 zu
sehen ist.
-
Das
E-Profil 41, 42 besteht in üblicher Weise aus einem stanzpaketierten
Blechpaket, um die Bildung von Wirbelströmen gering zu halten. Als Material
für das
Spulengehäuse 43 eignet
sich beispielsweise Leichtmetall, z.B. Aluminium.
-
In 6 ist
eine Spulenwicklung 29 mit einem Wicklungsdraht mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt.
Dieses Beispiel zeigt, daß Fülllücken zwischen
den einzelnen einander benachbarten Drähten bleiben. Bevorzugt ist
daher eine Spulenwicklung mit einem Spulendraht, der einen rechteckigen,
insbesondere quadratischen Querschnitt aufweist, wie in 7 dargestellt.
-
Zwischen
dem Spulenkern 41 und den Innenwänden des Wicklungsträgers 11 einerseits
und zwischen der Außenseite
der Spulenwicklung 29 und den benachbarten Außenschenkeln
des E-förmigen Blechpakets 42 bleiben
aus Toleranzgründen
ein Innenspalt 45 bzw. ein Außenspalt 47. Durch
Vergießen der Spule mit einer (in den Zeichnungen nicht gezeigten)
Vergussmasse, wofür
eine niedrig viskose Vergussmasse wie beispielsweise Epoxydharz
mit hoher Wärmeleitfähigkeit
besonders bevorzugt wird, werden der Innenspalt 45 und
der Außenspalt 47 vergossen.
Bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Spule
wird ein an sich bekanntes Vakuumvergussverfahren verwendet, bei
weichem die Vergussmasse unter Vakuum eingebracht und in sämtliche
Zwischenräume
der Spule gesaugt wird. Auf diese Weise werden nicht nur der Innenspalt 45 und
der Außenspalt 47 sondern
auch sämtliche
weiteren Zwischenräume
mit Vergussmasse gefüllt,
auch zwischen den Wicklungsdrahtlagen, so daß sich dort keine als Wärmeleitbarriere
wirkende Luft halten kann.
-
Die 8 und 9 zeigen
in teilweiser geschnittener Seitenansicht bzw. in Draufsicht eine Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher es sich um eine Modifikation der in 4 gezeigten
Ausführungsform
handelt. Bei dieser Modifikation sind die Stirnseitenwände des
Spulengehäuses 43 höher nach
oben gezogen als bei der in 4 gezeigten Ausführungsform
und sind oberhalb der Baueinheit aus Wicklungsträger 11 und Spulenwicklung 29 an beiden
Längsenden
dieser Baueinheit je eine Wärmeleitplatte 49 angeordnet,
die einerseits mit der Oberseite des Spulenkerns 41 und
andererseits mit den Seitenwänden
des Spulengehäuses 43 in
Berührung
sind und in der Spulenwicklung 29 erzeugte Wärme zum
Spulengehäuse 43 hin
ableiten. Die Wärmeableitplatten 49 können beim
Vergießen
eingelegt werden, nachträglich
eingeklebt werden oder nur formschlüssig eingefügt werden. Wichtig dabei ist,
dass die Wärmeleitfähigkeit
beeinträchtigende Spalte
zwischen den Wärmeleitplatten 49,
dem Spulengehäuse 43 und
der Vergussmasse vermieden werden.
-
Bei
den Ausführungsformen
sowohl nach 4 als auch nach 8 werden
Hohlräume 48 zwischen
den Baueinheiten aus Wicklungsträger 11, Spulenwicklung 29 und
Blechpaket 43 einerseits und dem Spulengehäuse andererseits
mit Vergussmasse hoher Wärmeleitfähigkeit
ausgegossen, um als Wärmebarriere
wirkende Luft auszuschalten und eine gute Wärmeableitung von der Spulenwicklung
in das Spulengehäuse
zu erzielen.
-
In
den 8 und 9 ist ein plattenförmiger Anker 51 dargestellt,
der bei Erregung der Spule zum Spulenkern 41 hin bewegt
wird. Dabei füllen
die Wärmeleitplatten 49 den
Raum aus, der nicht für
den Freigang des plattenförmigen
Ankers 51 benötigt wird.
-
In 10 ist
eine Ausführungsform
gezeigt, wie sie für
die elektromagnetische Betätigung
von Ventilen von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen bevorzugt wird.
-
Dabei
sind zwei der in 8 gezeigten Spulen gegeneinander
liegend zu einem Aktuator angeordnet und miteinander verbunden,
vorzugsweise verschraubt, derart, dass deren Wärmeleitplatten 49 sich
gegenüberliegen
und die Spulenkerne 41 der beiden Spulen zueinander weisen.
In dem zwischen den sich gegenüberliegenden
Wärmeplatten 49 gebildeten
Hohlraum befindet sich ein beiden Spulen gemeinsamer Anker 51,
der je nachdem, ob die (in 10) obere
oder untere Spule erregt wird, in Richtung zum Spulenkern 41 der
oberen bzw. der unteren Spule bewegt wird. Dabei wird ein (in den
Figuren nicht gezeigter) mit dem Anker 51 verbundener Ventilschaft
in die Ventilschließstellung
bzw. in die Ventiloffenstellung gebracht. Durch die vergrößerte Kontaktfläche zwischen
oberem Spulengehäuse 43 und unterem
Spulengehäuse 43 wird
die Wärmeableitung,
insbesondere aus der oberen Spule, in den Zylinderkopf und dessen
Kühlkreislauf
verbessert.
-
Mit
der beschriebenen Spule werden insbesondere folgende Vorteile erreicht:
- 1. Bei einer Spule mit E-förmigem Blechpaket führt die
Rechteckform zur geringsten Drahtlänge. Eine geringere Drahtlänge und
der hohe Kupfer-Füllfaktor
bei der Verwendung von Wicklungsdraht mit Rechteckquerschnitt führen zu
einem geringeren ohmschen Widerstand und damit zu einer geringeren
elektrischen Verlustleistung und entsprechend verringerter Wärmeentwicklung.
- 2. Aufgrund des hohen Kupfer-Füllfaktors und der dadurch reduzierten
Möglichkeit
von Lufteinlagerungen zwischen den Wicklungsdrähten kommt es zu einer geringeren
Wärmedämmung und
damit zu einer besseren Wärmeableitung,
die noch durch den Blechstreifen 23 in der einen Längsseitenwand 15 des
Wicklungsträgers 11 und
durch das Vergießen
mit Vergussmasse verbessert wird. Eine weitere Verbesserung der
Wärmeableitung
bringen die Wärmeleitplatten 49 mit
sich.
- 3. Die verbesserte Wärmeableitung
und die damit einhergehende geringere Wärmeentwicklung führen zu
einem geringeren ohmschen Widerstand, da dieser mit steigender Temperatur
zunimmt, was geringere elektrische Verluste bedeutet.
- 4. Die relativ kleine Baugröße einer
erfindungsgemäßen Spule
führt nicht
nur zu einem geringeren Gewicht sondern auch zu kleineren Außenmaßen eines
die Spule verwendenden Aktuators, was im Zusammenhang mit elektromagnetischer
Ventilsteuerung von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen besonders bedeutsam
ist. Mit der geringen Baugröße gehen
auch geringe Spaltweiten zwischen einzelnen Komponenten der Spule
einher, die eine verbesserte Wärmekonvektion
und damit Wärmeableitung
mit sich bringen.
- 5. Das Umbiegen der Kontaktfahnen 33 verringert den
benötigten
Bauraum. Das Einbetten der Kontaktfahnen 33 in die Vergussmasse
führt zu
einem besseren Schutz der Kontaktfahnen 33.