DE2650873A1

DE2650873A1 - Verfahren zur herstellung eines elektromagneten

Info

Publication number: DE2650873A1
Application number: DE19762650873
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Richter; Wendelin Ing Grad Weber
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1976-11-06
Filing date: 1976-11-06
Publication date: 1978-05-11
Also published as: CA1095977A; JPS5358664A; IT1086994B; US4149132A; NL7712057A; YU263777A; SE422382B; GB1542353A; FR2370347A1; SE7712408L; JPS5731647B2; FR2370347B1

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, Steindamm 94, 2 ooo Hamburg 1

Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten, dessen Magnetanker innerhalb zweier hülsenförmiger Polschuhe durch ein Magnetfeld bewegbar ist, das durch eine Magnetspule erzeugt, von einem Polschuh über den Magnetanker zum anderen Polschuh verläuft, und dessen hülsenförmige Polschuhe axial in Abstand voneinander angeordnet sind.

Derartige Elektromagnete, die auch als Tauchankermagnete bezeichnet werden, sind gegenüber Klappankeriuagneten zur Steuerung der

809819/0398 ' "²"

Drucknadeln eines Mosaikdruckers deswegen besonders geeignet, weil sich Hubvergrößerungen und Verschleiß der Drucknadelspitzen durch den Druckvorgang nicht unmittelbar auf die Lebensdauer des Druckers auswirken.

In der Fig. 1 ist ein derartiger bekannter Elektromagnet dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau besteht darin, daß zwei hülsenförmige Polschuhe 9 und 11 im Abstand voneinander angeordnet sind und der Magnetanker 3 diesen Abstand magnetisch überbrückt. Um den Magnetfluß möglichst vollständig über den Magnetanker 3 zu leiten, ist es auch bekannt, den Abstand der Polschuhe durch einen nichtmagnetischen Distanzring 10 auszufüllen. Vorzugsweise besteht dieser Ring aus Kupfer, da hierdurch bei Erregung der Magnetspule 2 in ihm Wirbelströme erzeugt werden, die den Magnetfluß annähernd vollständig über den Magnetanker leiten.

Der Magnetanker trägt die Drucknadel 7 > sofern der Elektromagnet als Antriebssystem eines Mosaikdruckers verwendet wird, und wird durch die Feder 5 in seiner Ruhelage gehalten. In dieser Lage liegt der Magnetanker an dem Anschlag 1 an. Zur Zentrierung der Feder ist am Magnetanker ein Ansatz 4 und in dem Lager 6 für die Drucknadel 7 eine Vertiefung 8 vorgesehen. Sobald die Spule 2 erregt wird, baut sich ein Magnetfluß vom Polschuh 11 über den Magnetanker zum Polschuh 9 auf, der den Magnetanker entgegen der Federkraft solange bewegt, bis der Magnetanker, je nach Federkraft, von beiden Polschuhen etwa gleichmäßig umschlossen wird. Der Magnetanker gleitet somit innerhalb der PoI-

PHD 76-176 - 3 -

809819/039B

schuhe, wobei er von der Feder in der einen Richtung und von der erzeugten Magnetkkraft in der anderen Richtung bewegt wird.

Ein derartiger Tauchankermagnet besitzt somit einen Luftspalt, der durch den nichtmagnetischen Distanzring und die Form der Polschuhe gebildet wird und zwei weitere an sich unerwünschte Luftspalte, die ringförmig um den Anker verlaufen. Das einwandfreie Arbeiten mit hohem Wirkungsgrad eines solchen Magnetsystems setzt voraus, daß die ringförmigen Luftspalte um den Tauchanker möglichst kleingehalten werden, da nur dann ein möglichst großer Magnetfluß durch den Anker erreicht wird.

Je genauer also diese Luftspalte' auch über eine lange Betriebsdauer eingehalten werden können und je kleiner diese sind, desto konstanter und kleiner kann die aufzubringende Energie sein. Dies wiederum würde eine geringe Wärmeerzeugung in der Spule oder bei gleicher Wärmeerzeugung eine kleinere Spule ermöglichen. Besondere Vorkehrungen und Wärmeableitungen können entfallen.

Dieser an sich bekannten Forderung steht die Bewegung des aus Weicheisen bestehenden Magnetankers innerhalb der ebenfalls aus Weicheisen bestehenden Polschuhe entgegen. Durch diese Bewegungen sind die relativ zueinander bewegten Teile einem starken Abrieb ausgesetzt. Dieser Abrieb wiederum bewirkt nach kurzer Zeit bereits eine schlechte Gleitführung des Ankers und eine Vergrößerung der ringförmigen Luftspalte um den Anker.

PHD 76-176 - 4 -

809819/0 3 98

Es ist daher in der DT-OS 20 33 378 vorgeschlagen worden, den Anker im Durchmesser klein zu halten und in einem Kunststoffkörper einzubetten, der gegen Wärme und Abrieb widerstandsfähig ist. Hierdurch werden zwar diese Lufspalte über längere Zeit konstant gehalten, Jedoch wird dieser Vorteil durch einen wesentlich größeren Luftspalt erkauft (5 in Fig. 2). Ein großer Luftspalt bedingt einen größeren Energiebedarf und damit eine größere Dimensionierung der Spule. In der genannten deutschen Offenlegungsschrift wird zur Minderung dieses Nachteiles daher auf die Rückstellfeder verzichtet und dafür der Anker selbst als Dauermagnet ausgebildet.

Aus der DT-GMS 18 47 487 ist außerdem ein Tauchankermagnet bekannt, bei dem der Außenmantel des Tauchankers mit einer dünnen Hartchromschicht versehen ist. Dadurch werden die Gleiteigenschaften des Ankers innerhalb der Polschuhe verbessert. Diese Chromschicht ist unmagnetisch. Außerdem können die Polschuhe, in denen der Tauchanker gleitet, mit einer Hartchromschicht versehen werden. Es ist aber äußerst schwierig, innerhalb von Bohrungen oder Hohlräumen sehr dünne Chrom- oder Nickelschichten galvanisch oder stromlos, d.h. chemisch, aufzubringen. So ist es beispielsweise aus der DT-GMS 18 80 799 bekannt, daß auf diese Weise Schichtstärken von 1/100 mm erreicht werden. Da diese Schichten aber unmagnetisch sind, bedeuten sie für einen Tauchankermagneten einen relativ großen Luftspalt zwischen Tauchanker und Polschuhen.

PHD 76-176 - 5 -

809 8 19/0 398

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tauchankermagneten zu schaffen, dessen Polschuhe und Magnetanker in einem Verfahren hergestellt werden, durch das sich äußerst kleine und über lange Zeit konstante Luftspalte ergeben, ohne daß die guten Gleiteigenschaften des Magnetankers gemindert werden und diese Magnetteile aus hochwertigen und teuren Materialien erstellt werden müssen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Innenfläche der die Polschuhe bildenden Hülse und die Mantelfläche des Magnetankers zunächst in an sich bekannter Weise entfettet und gebeizt werden, danach bei hoher Stromdichte galvanisch bekeimt und anschließend stromlos vernickelt werden, und daß abschließend die Nickelschichten durch Erhitzen bis über deren Curiepunkt ausgehärtet werden. Die zur Bekeimung benutzte Stromdichte ist gegenüber einem bisher üblichen galvanischen Oberflächenauftrag als sehr hoch anzusehen; sie beträgt vorzugsweise 10 bis 20 A/dm . Bekeimung und stromlose Vernickelung der Schichten erfolgt vorzugsweise in einer Nickelsalzlösung. Sind die Polschuhe axial durch einen Distanzring magnetisch voneinander getrennt, so wird auch die Innenfläche dieses Distanzringes gleichzeitig mit der Innenfläche der Hülse behandelt. Die Nickelschichten der Hülse und des Magnetankers sind so dünn aufgetragen, daß im Bereich des Distanzringes eine magnetische Sättigung gegeben ist.

Während des Beizvorganges, der etwa 10 bis 15 Sekunden dauert, wird die Oberfläche des Ankers und die Innenfläche der Polschuhhülsen angeätzt. Die anschließende galvanische Beschich-

PHD 76-176 . - 6 -

809819/0 3 98

tung dauert etwa 15 bis 60 Sekunden. In dieser Zeit bilden sich auf den zu behandelnden Schichten ein sehr dünner Nickelüberzug oder einzelne kleine vernickelte Gebiete, die für die folgende stromlose bzw. chemische Vernickelung als Keimzellen dienen. Nach Abschluß der Vernickelung wird durch dieses Verfahren eine Gesamtstärke der Nickelschicht von etwa 5 bis 15/um erreicht. Diese Schicht ist somit wesentlich dünner als die Schichten, mit denen die bekannten Anordnungen versehen werden können.

Außerdem ist es mit diesem Verfahren möglich, auch Bohrungen und Hohlräume stromlos, d.h. chemisch, zu vernickeln, was bei dem bekannten galvanischen und stromlosen Verfahren nicht oder

nur sehr umständlich möglich ist, wenn dünne Schichten aufzubringen sind.

Zum Entfetten der zu vernickelnden Flächen werden zweckmäßig organische Lösungsmittel, wie Trichloräthylen (Tri) oder Tetrachloräthylen (Per) verwendet. Für die Nickelsalzlösungen, die zum Vernickeln verwendet werden, sind viele Badzusammensetzungen möglich. So können insbesondere saure oder alkalische Hypophosphitlösungen benutzt werden, wie sie beispielsweise in dem Buch von Gawrilov "Chemische Vernickelung"auf den Seiten 27 bis 29 bzw. 46 bis 49 beschrieben sind. Den Nickelbädern können ohne weiteres auch Einlagerungen, wie beispielsweise Borcarbi , Siliciumcarbi , Aluminiumoxyd, Diamant in Mikrokömung und andere beigemengt werden. Sie dienen dabei der Verbesserung der Verschleißfähigkeit der Nickelschichten.

PHD 76-176 . - 7 -

8 0 9 8 19/0398

Nach der Vernickelung wird die Schicht dann bis über den Curiepunkt, d.h. über 40O⁰C, erhitzt. Hierdurch wird eine Umwandlung des Nickels von seinem magnetisch nichtleitenden Zustand in einen magnetisch leitenden erreicht.

Der nach diesem Verfahren hergestellte Magnetanker besitzt somit einerseits eine sehr gute Gleiteigenschaft innerhalb der vernickelten Polschuhe, und andererseits wird die Forderung nach nur sehr kleinen schädlichen Luftspalten zwischen Anker und Polschuhen voll erfüllt, da die normalen Arbeitsluftspalte um die magnetisch aktiven Nickelschichten auf Polschuhen und Magnetanker verkleinert sind. Der Abstand der Polschuhe vom Magnetanker kann dem fertigungstechnisch bedingten Minimalspalt entsprechen.

Sind die Polschuhe durch einen Distanzring voneinander magnetisch getrennt, so bildet die aufgetragene Nickelschicht auf der Innenseite dieses Ringes einen magnetischen Kurzschluß für die Arbeitsluftspalte. Da aber diese Nickelschichten äußerst dünn hergestellt werden, wird infolge des Verlaufes der Magnetlinien im Bereich des Distanzringes in der Nickelschicht eine magnetische Sättigung erreicht, während im Bereich der ringförmigen Luftspalte (s) am Anker ein guter und ungehinderter Durchlaß des Magnetfeldes besteht. Versuche haben ergeben, daß bei einer Nickelschicht von 3 bis 15/um Stärke, davon etwa 0,75 bis 1/um für die galvanische Keimschicht, einerseits eine gute Gleiteigenschaft des Magnetankers und andererseits eine magnetische Sät-

PHD 76-176 - 8 -

809819/0398

tigung der Nickelschicht im Bereich des Distanzringes gegeben ist.

Da eine sehr dünne Nickelschicht nur im Bereich des Distanzringes gefordert ist, ist die Stärke der Nickelschichten im übrigen Bereich der Polschuhe und des Magnetankers unkritisch. Die angegebenen Werte müssen nur in diesem Bereich des Distanzringes eingehalten werden.

Aus den Figuren 2 und 3 ist der Unterschied in den schädlichen Luftspalten S ersichtlich, der sich ergibt, wenn der Magnetanker beispielsweise nach der bekannten Anordnung der DT-OS 20 33 378 (Fig. 2) oder nach dem Verfahren der Erfindung (Fig.3) hergestellt wird. In diesen Figuren 2 und 3 ist nur der Bereich von Magnetanker und Polschuhen dargestellt und sehr stark vergrößerrt gezeichnet. Der Magnetanker befindet sich dabei in der Stellung, die bei erregter Spule und der Abdruckstellung der

Drucknadel gegeben ist. Die Bezugszeichen entsprechen denen der Fig. 1.

Bei der bekannten Anordnung nach Fig. 2 ist der Magnetanker 33 hüTsenförmig ausgebildet und in einem gesonderten Führungskörper 12 aus Kunststoff eingebettet. Dieser Führungskörper 12 ragt mit seinen beiden Enden sowohl radial als auch axial über den Magnetanker 33 hinaus und dient mit diesen Enden zur Führung innerhalb der Polschuhe 9 und 11. Daraus ergeben sich verhältnismäßig große Luftspalte S zwischen den Polschuhen 9 und 11 und dem.Magnetanker 33.

PHD 76-176 - 9 -

8 0 9 8 19/0398

Es wäre auch möglich, den Magnetanker aus vollem Material herzustellen (Fig. 1) und sowohl Magnetanker als auch die Polschuhe einschließlich des Abstandsringes an den sich gegenüberstehenden Flächen mit einem wärmebeständigen Kunststoff zu beschichten, beispielsweise mit fluorhaltigen Polyoefinen.

Daraus ergäbe sich eine Anordnung, die der der Fig. 3 entspräche. Die Luftspalte S wurden auch in diesem Falle sehr groß, da sie sich aus der Summe der Abstände S1 + S2 + S3 ergäben.

Werden dagegen der Magnetanker 34 und die Polschuhe 9 und 10 einschließlich des kupfernen Abstandsringes 10 mit einer Nickelschicht 13 und 14 nach dem Verfahren der Erfindung beschichtet, so sind auch die Schichten S1 und S3 magnetisch leitend. Die Luftspalte besitzen nunmehr nur die Stärke S2.

Die Herstellung dieser Nickelschichten S1 und S3 kann vorteilhaft nach folgenden Schritten vorgenommen werden:

Zunächst werden die zu behandelnden Flächen des Tauchankers und der Polschuhe entfettet, vorzugsweise durch ein organisches Lösungsmittel, wie Trichloräthylen (Tri) oder Tetrachloräthylen (Per), anschließend in Wasser gespült, gebeizt und wieder gespült. Als Beizmittel kann 15#ige Salzsäure oder bis 9O#ige Schwefelsäure verwendet werden. Der Beizvorgang dauert dabei 10 bis 15 Sekunden. Nach Beendigung dieser an sich bekannten Vorgänge werden die zu behandelnden Flächen in einem Bad aus

PHD 76-176 - 10 -

8 0 9 8 19/0398

einer Nickelsalzlösung unter für galvanische Behandlung sehr hohen Stromdichten galvanisch bekeimt» Durch die hohe Stromdichte von etv/a 10 bis 20 A/dm wird erreicht, daß auch innerhalb der Polschuhülsen bereits in kurzer Zeit, d.h. in etwa 20 Sekunden, an einigen Stellen oder insgesamt eine dünne galvanische Vernickelung eintritt. Diese Stellen bilden dann die Keimgebiete für die anschließende stromlose Vernickelung, die ebenfalls in einem sauren oder alkalischen Bad aus einer Nickelsalzlösung erfolgt und etwa 1 Stunde dauert.

Es ist auch möglich, nicht die gesamte Oberfläche des Ankers oder der Hülsenbohrungen nach dem vorgeschlagenen Verfahren zu vernickeln, sondern es können nur die Teile dieser Flächen behandelt werden, die der Führung des Magnetfeldes zwischen Anker und Polschuhen dienen. Dies kann beispielsweise durch Vorbehandlung der nicht zu vernickelnden Flächenteile erfolgen, indem diese abgedeckt oder chemisch neutralisiert werden.

Patentansprüche:

PHD 76-176 - 11 -

809819/0398

Le

•43· rs e

ite

Claims

ν 2bbÖ873

Patentansprüche:

I Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten, dessen I^agnetanker innerhalb zweier hülsenförraiger Polschuhe durch ein Magnetfeld bewegbar ist, das durch eine Magnetspule erzeugt, von einem Polschuh über den Magnetanker zum anderen Polschuh verläuft, und dessen hülsenförmige Polschuhe axial in Abstand voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen der die Polschuhe bildenden Hülsai und die Mantelfläche des Magnetankers zunächst in an sich bekannter Weise entfettet und gebeizt werden, danach unter hoher Stromdichte galvanisch bekeimt und anschließend stromlos vernickelt werden, und daß abschließend die Nickelschichten durch Erhitzen bis über deren Curiepunkt ausgehärtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Polschuhen, die axial durch einen Distanzring aus nichtmagnetisch leitendem Material miteinander verbunden sind, auch die Innenfläche des Distanzringes gleichzeitig mit der die Polschuhe bildenden Hülsaibehandelt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bekeimung der Hülsenund des Magnetankers in einer Nickelsalzlösung erfolgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht der Hülsen sehr dünn ist, so daß

PHD 76-176 80 98 19/03 98 -12-

im Bereich des Distanzringes eine magnetische Sättigung gegeben ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht der Hülsen nur in dem Bereich aufgetragen wird, der durch den Magnetanker überstrichen wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdichte für die Bekeimung etwa 5 bis 30 A/dm² beträgt.

PHD 76-176

8098 19/039A