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Die
Erfindung betrifft eine Magnetspule gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Eine
derartige Magnetspule ist aus der
DE 44 23 122 A1 bekannt. Die Magnetspule
ist Bestandteil eines Proportionalmagneten, der insbesondere zur
Betätigung
eines hydraulischen Ventils vorgesehen ist. Ein Spulenkörper trägt die Wicklung
der Magnetspule. Der Spulenkörper
ist aus Kunststoff hergestellt und mit Flanschen versehen, die den
Wickelraum für
die Wicklung seitlich begrenzen. Eine Umspritzung aus Kunststoff
verschließt
den mit der Wicklung versehenen Spulenkörper. Die Umspritzung gibt
der Magnetspule die äußere Form.
Die Umspritzung bildet gleichzeitig den Steckerteil für den Anschluß externer
elektrischer Leitungen an die Magnetspule. In dem Steckerteil sind
Anschlußfahnen gehalten,
an die die Enden der Wicklung angeschlossen sind. Die Magnetspule
ist nur von der einen Seite mit Druckmedium beaufschlagt. Die andere
Seite der Magnetspule steht mit der Atmosphäre in Verbindung. Es ist daher
erforderlich, daß über die
Magnetspule kein Druckmedium nach außen gelangt. Bei den Bindenähten zwischen
dem Spulenkörper
und der Umspritzung handelt es sich um potentielle Undichtigkeiten,
durch die Druckmedium in den Wicklungsbereich der Magnetspule eindringen
kann. In den Wicklungsbereich eingedrungenes Druckmedium gelangt
weiter über
Spalte zwischen den Enden der Wicklung und dem diese umgebenden
Material zu den Anschlußfahnen. Über Spalte
zwischen den Anschlußfahnen
und dem diese umgebenden Material tritt das Druckmedium schließlich aus
der Magnetspule aus. Eine derartige Leckage muß vermieden werden. Enthält das Druckmedium
aggressive Komponenten, wird zunächst
die Isolierung des Spulendrahtes und danach der Spulendraht selbst
angegriffen. Es können
Kurzschlüsse
zwischen einzelnen Windungen auftreten, die zu einer Änderung
der elektrischen Kennwerte der Magnetspule, insbesondere des Spulenwiderstandes,
führen.
Im Extremfall werden die Spulendrähte so stark angegriffen, daß eine Unterbrechung
der Spulendrähte
verursacht wird.
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Das
Eindringen von Druckmedium über
die Bindenähte
zwischen dem Spulenkörper
und der Umspritzung läßt sich
durch Dichtringe vermeiden, die zwischen dem Raum, in dem sich das
Druckmedium befindet, und der Magnetspule angeordnet sind. Derartige
Anordnungen erfordern zusätzliche Bauteile
und zusätzlichen
Platz. Bei einer Serienfertigung erfordern sie zudem zusätzliche
Arbeitsschritte.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetspule der eingangs
genannten Art so zu verbessern, daß durch die von einem Druckmedium beaufschlagten
Bindenähte
zwischen dem Spulenkörper
und der Umspritzung kein Druckmedium in den Wicklungsbereich der
Magnetspule eindringen kann.
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Diese
Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Da die Schmelztemperatur
des für
die Umspritzung verwendeten Kunststoffes höher als die Schmelztemperatur des
für den
Spulenkörper
verwendeten Kunststoffes ist, wird der Spulenkörper beim Umspritzen im Bereich
der Bindenähte
so weit erwärmt,
daß er
anschmilzt oder zumindest plastisch wird. Unterstützt durch
den beim Umspritzen wirkenden Druck entsteht eine dichte Verbindung
zwischen den beiden Kunststoffen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch die Wahl der Differenz zwischen den Schmelztemperaturen läßt sich
das Maß der
Anschmelzung des Spulenkörpers
variieren. Eine große
Differenz führt zu
einem starken Anschmelzen während
ein kleinere Differenz lediglich eine Plastifizierung des Spulenkörpers im
Bereich der Bindenähte
bewirkt. Die Dichtheit zwischen dem Spulenkörper und der Umspritzung wird
weiter verbessert, wenn mindestens ein Flansch des Spulenkörpers auf
seinem Umfang mit einer umlaufenden Nut oder mit einem umlaufenden
Anschmelzsteg versehen ist. Durch diese Maßnahme wird die Oberfläche des
Spulenkörpers,
die beim Umspritzen mit dem für
die Umspritzung verwendeten Kunststoff in Berührung kommt, vergrößert. Bei
einem Anschmelzsteg reicht bereits eine relativ geringe Energiezufuhr
aus, um den Spulenkörper
im Bereich des Anschmelzsteges anzuschmelzen. Die Wicklung der Magnetspule
läßt sich
auch gegenüber der
nicht mit dem Druckmedium beaufschlagten Seite abdichten, wenn die
nach außen
geführten
Enden der Wicklung im Bereich der Umspritzung mit einer Ummantelung
versehen sind, deren Schmelztemperatur niedriger als die Schmelztemperatur
der Umspritzung ist. Durch eine Ausbildung der Umspritzung des Spulenkörpers als
Steckerteil ergibt sich eine kompakte Baueinheit für den Anschluß externer
elektrischer Leitungen. Sind die Anschlußfahnen des Steckerteils bereits
in dem Spulenkörper
gehalten, ist eine Montage von Spulenkörper und Wicklung sowie die
elektrische Verbindung der Enden der Wicklung mit den Anschlußfahnen
und die Prüfung
der elektrischen Kennwerte dieser Baugruppe schon vor dem Umspritzen
möglich.
Die Umspritzung der Anschlußfahnen
gibt ihnen dann die endgültige
mechanische Festigkeit im Steckerteil. Die Verwendung von verschiedenfarbigem
Kunststoff für
den Spulenkörper und
für die
Umspritzung erlaubt eine optische Unterscheidung zwischen den beiden
Kunststoffen. Insbesondere ist hierdurch eine Sichtkontrolle des Übergangsbereiches
zwischen den beiden Kunststoffen möglich. Wird für den Spulenkörper ungefärbter Kunststoff
verwendet, entfällt
der Zusatz farbgebender Partikel, die nicht nur die Farbe sondern
auch die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes beeinflussen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
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1 einen
Längsschnitt
durch eine Magnetspule gemäß der Erfindung,
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2 eine
erste Ausgestaltung der von dem Druckmedium beaufschlagten Bindenaht
zwischen Spulenkörper
und Umspritzung,
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3 eine
zweite Ausgestaltung der von dem Druckmedium beaufschlagten Bindenaht
zwischen Spulenkörper
und Umspritzung
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4 einen
Querschnitt durch die in der 1 dargestellte
Magnetspule entlang der Linie IV–IV und
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5 eine
Draufsicht auf den mit der Wicklung versehenen Spulenkörper.
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Gleiche
Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt
in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine Magnetspule 1 gemäß der Erfindung.
Auf einen Spulenkörper 2 aus
Kunststoff, der mit zwei seitlichen Flanschen 3 und 4 versehen
ist, ist eine Wicklung 5 aufgebracht. Der mit der Wicklung 5 versehene
Spulenkörper 2 ist
mit einer Umspritzung 6 aus Kunststoff verschlossen. Die
Umspritzung 6 ist in axialer Verlängerung des Spulenkörpers 2 als
Steckerteil 7 ausgebildet.
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Die
Magnetspule 1 ist in einem nur schematisch dargestellten
Gehäuse 8 gehalten.
Das Gehäuse 8 bildet
die Trennung zwischen einem ersten Bereich, in dem sich ein flüssiges Druckmedium
befindet (im folgenden als "nasser" Bereich bezeichnet), und
einem zweiten Bereich, in dem sich ein zweites Medium, zum Beispiel
Luft, befindet (im folgenden als "trockener" Bereich bezeichnet). Ein zwischen der Magnetspule 1 und
dem Gehäuse 8 angeordneter Dichtring 9 verhindert,
daß dort
Druckmedium von dem "nassen" Bereich in den "trockenen" Bereich gelangt.
Die einzige Stelle, an der das Druckmedium in die Wicklung 5 gelangen
kann, ist die Bindenaht 10 zwischen dem Flansch 3 des
Spulenkörpers 2 und der
Umspritzung 6. Eine weitere Bindenaht 11 zwischen
dem Spulenkörper 2 und
der Umspritzung 6 befindet sich im Bereich des Flansches 4.
Um ein Eindringen des Druckmediums in die Wicklung 5 zu verhindern,
besitzt der Kunststoff für
die Herstellung der Umspritzung 6 eine höhere Schmelztemperatur als
der Kunststoff, aus dem der Spulenkörper 2 hergestellt
ist. Erst nachdem der Spulenkörper 2 mit
der Wicklung 5 versehen ist, wird die Umspritzung 6 aufgebracht.
Dabei wird der Spulenkörper 2 von
dem für die
Umspritzung 6 verwendeten Kunststoff an den Berührungsflächen im Bereich
der Bindenähte 10 und 11 angeschmolzen
oder zumindest plastifiziert. Die beiden Kunststoffe verbinden sich
in diesen Bereichen unter Druck miteinander. Zwischen dem Spulenkörper 2 und
der Umspritzung 6 ist damit eine druckdichte Verbindung
entstanden, durch die kein Druckmedium in die Wicklung 5 eindringen
kann.
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Eine
gute Verbindung der Umspritzung 6 mit dem Spulenkörper 2 wurde
durch die Werkstoffkombination Polyamid PA6 für den Spulenkörper 2 und Polyamid
PA66 oder Polyamid PA6/6 T für
die Umspritzung 6 erreicht. PA6 sowie PA66 und PA6/6 T sind
genormte Bezeichnungen für
verschiedene Typen des Kunststoffs Polyamid (siehe DIN 16 773). Die
Schmelztemperatur von Polyamid PA6 liegt bei 220°C. Die Schmelztemperaturen von
Polyamid PA66 und von Polyamid PA6/6 T liegen bei 260°C bzw. 295°C. Eine Verstärkung, zum
Beispiel mit Glasfasern, erhöht
die mechanische Festigkeit der Bauteile.
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Die 2 zeigt
eine vorteilhafte Ausgestaltung des dem Druckmedium zugewandten
Flansches 3 des Spulenkörpers 2 im Übergangsbereich
zwischen dem Spulenkörper 2 und
der Umspritzung 6. Die 2 stellt
einen Ausschnitt aus der 1 entsprechend der Einzelheit
X dar. Der Umfang des Flansches 3 ist mit einer umlaufenden
Nut 12 versehen. Die in Richtung des Flansches 3 verlaufenden Flächen der
Nut 12 vergrößern die
Berührungsfläche der
Werkstoffe von Spulenkörper 2 und
Umspritzung 6, an denen eine Verbindung der Umspritzung 6 mit dem
Spulenkörper 2 erfolgt.
Die 2 zeigt den Querschnitt der Nut 12 vor
dem Umspritzen. Beim Umspritzen verbinden sich die beiden Kunststoffe
im Übergangsbereich
miteinander.
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Die 3 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des dem Druckmedium zugewandten Flansches 3 des
Spulenkörpers 2 im Übergangsbereich
zwischen dem Spulenkörper 2 und
der Umspritzung 6. Die 3 stellt
einen Ausschnitt aus der 1 entsprechend der Einzelheit
X dar. Der Umfang des Flansches 3 ist mit einem umlaufenden
Anschmelzsteg 13 versehen. Die seitlichen Flächen des Anschmelzsteges 13 vergrößern die
Berührungsfläche der
Werkstoffe von Spulenkörper 2 und
Umspritzung 6, an denen eine Verbindung der Umspritzung 6 mit
dem Spulenkörper 2 erfolgt.
Die 3 zeigt den Querschnitt des Anschmelzsteges 13 vor
dem Umspritzen. Beim Umspritzen verbinden sich die beiden Kunststoffe
im Übergangsbereich
miteinander.
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Die 4 zeigt
einen Schnitt durch die Magnetspule 1 entlang der Linie
IV–IV
in 1. Der Spulenkörper 2 ist
in der Höhe
des Flansches 4 geschnitten. Der Flansch 4 ist
mit einer schlitzförmigen
Aussparung 14 versehen, durch die die Enden der Wicklung 5 aus
dem Spulenkörper 2 herausgeführt sind. Die
Enden der Wicklung 5 sind mit den Bezugszeichen 15 und 16 versehen.
In der 1 ist aufgrund der Schnittführung nur das Ende 15 der
Wicklung 5 sichtbar. Die Enden 15 und 16 der
Wicklung 5 sind mit einer Ummantelung 17 bzw. 18 versehen,
deren Schmelztemperatur niedriger als die Schmelztemperatur der
Umspritzung 6 ist. Beim Umspritzen schmilzt daher nicht
nur der Spulenkörper 2 an
sondern auch die Ummantelung 17 und 18 und verbindet sich
mit dem noch flüssigen
Material der Umspritzung 6. Diese Maßnahme ist nur dann erforderlich,
wenn die Wicklung 5 auch gegen ein Eindringen von Medium
aus dem "trockenen" Bereich abgedichtet
werden soll.
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Die 5 zeigt
eine Draufsicht auf den mit der Wicklung 5 versehenen Spulenkörper 2 vor
dem Umspritzen, aus der Richtung des Steckerteils 7 gesehen.
Die Enden 15 und 16 der Wicklung 5 sind
an Anschlußfahnen 19 bzw. 20 geführt und
dort mit diesen verschweißt.
Die Anschlußfahnen 19 und 20 sind in
dem Spulenkörper 2 gehalten.
Dadurch ist es möglich,
bereits vor dem Umspritzen nicht nur die Wicklung 5 auf
den Spulenkörper 2 aufzubringen,
sondern auch die Enden 15 und 16 der Wicklung 5 mit
den Anschlußfahnen 19 bzw. 20 zu
verbinden. Die Baugruppe kann daher bereits vor dem Umspritzen auf
ihre elektrischen Eigenschaften geprüft werden. Die Umspritzung 6 in
Form des Steckerteils 7 gibt den Anschlußfahnen 19 und 20 die
endgültige
mechanische Festigkeit.
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Es
ist vorteilhaft, den für
die Umspritzung verwendeten Kunststoff anders einzufärben als
den für
den Spulenkörper
verwendeten Kunststoff. Diese Maßnahme erlaubt eine optische
Unterscheidung zwischen den beiden Kunststoffen. Insbesondere ist in
der laufenden Fertigung eine zerstörungsfreie Sichtkontrolle des Übergangsbereiches
zwischen den beiden Kunststoffen möglich, die anhand des Farbverlaufs
eine erste Beurteilung des Anschmelzens des für den Spulenkörper verwendeten
Kunststoffes durch den für
die Umspritzung verwendeten Kunststoff erlaubt. Darüber hinaus
ist im Rahmen von Stichprobenuntersuchungen anhand von Schnitten eine
umfassendere Beurteilung des Übergangsbereiches
zwischen den beiden Kunststoffen möglich. Werden zum Beinspiel
der Spulenkörper
und die Umspritzung auf derselben Spritzmaschine hergestellt, verringert
die Verwendung von verschiedenfarbigem Kunststoff für den Spulenkörper und
die Umspritzung bei einem Wechsel des Kunststoffes die nicht verwendbare
Materialmenge. Das Ende des Vermischungsbereiches der Kunststoffe
ist deutlich optisch erkennbar. Es geht daher nicht mehr von dem
neuen Kunststoff verloren als unbedingt erforderlich. Für eine Automatisierung
des Spritzvorganges ist der Einsatz einer Videokamera mit nachgeordneter
Bildauswertung für
eine Erkennung des Farbwechsels möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung von ungefärbtem Kunst stoff für den Spulenkörper, da die
Kunststoffmasse in ihrer ursprünglichen
Farbe verwendet werden kann, ohne daß ihr farbgebende Partikel
beigefügt
zu werden brauchen. Diese Maßnahme
bringt einerseits eine Kosteneinsparung durch den Fortfall des nicht
benötigten
Einfärbvorganges
mit sich, andererseits entfällt
eine Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes
durch die der Kunststoffmasse beim Einfärben zugegebenen farbgebenden
Partikel.