DE69302825T2

DE69302825T2 - In einem magnetischen stator umgossene wicklung und ein verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE69302825T2
Application number: DE69302825T
Authority: DE
Inventors: Benjamin Brinn
Original assignee: Siemens Automotive Corp
Current assignee: Siemens Automotive Corp
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2013-08-25
Also published as: KR950703200A; US5331730A; EP0658272A1; EP0658272B1; WO1994006136A1; CN1088352A; DE69302825D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Elektromagnete und Verfahren zum Herstellen von Elektromagneten.

HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aus dem U.S. Patent 5,065,128 der Anmelderin ist es bekannt, Kapselungsmaterial um eine elektromagnetische Spule zu gießen, wodurch eine gekapselte Spule hergestellt wird, und dann die gekapselte Spule in dem Elektromagneten eines magnetbetätigten Ventus wie z.B. in den U.S. Patenten 5,083,747 und 5,102,095 der Anmelderin zu verwenden.
Aus der anhängigen W092/09093 der Anmelderin ist es bekannt, eine elektromagnetische Spule auf einem Halter abzustützen, der elektrische Anschlüsse enthält, an denen Enden der Spule befestigt wurden, Kapselungsmaterial um die Spule und den Halter außer um die äußeren Endabschnitte der elektrischen Anschlüsse spritzzugießen, um dadurch eine gekapselte Spule herzustellen und dann die gekapselte Spule in einem Elektromagneten zu verwenden.
Wenn eine elektromagnetische Spule in einem magnetbetätigten Ventil verwendet wird, ist sie typischerweise einem Stator zugeordnet. Häufig wird Epoxydharz dazu verwendet, die beiden durch eine klebverbindung miteinander zu verbinden, ein Verfahren, das relativ kostspielig, unangenehm und zeitraubend und gelegentlich nicht effektiv zum Erreichen einer bestimmten Verbindungsstärke sein kann.
Eine gekapselte Spule kann einem Stator in der Weise zugeordnet werden, daß sie ineinander angeordnet werden; in diesem Fall müssen die Abmessungen der Verschlußkapselung sorgfältig ausgeführt werden, um einen einwandfreien Sitz sicherzustellen.
Aus der US-3,045,290 ist es bekannt, die Gesamtheit eines Spulenträgers und einer auf dem Spulenträger angebrachten Spule einzukapseln, wobei auch die an dem Spulenkörper angebrachten inneren Endabschnitte der Anschlüsse und die Verbindungen der Spule mit den Anschlüssen eingekapselt werden. Ein Magnetkern (Stator) kann durch die Mitte der gekapselten Anordnung, jedoch nach dem Kapselungsschritt eingesetzt werden.
Die JP-60211814 offenbart einen Transformator mit einem Kern; der Kern ist jedoch vollständig in den Formhohlraum eingesetzt, so daß er keinen Teil des Formhohlraums bildet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues und verbessertes Mittel und Verfahren, um eine gekapselte elektromagnetische Spule einem Stator zuzuordnen.
Kurz und allgemein gesagt besteht die Erfindung darin, daß eine ungekapselte, trägermontierte Spule einem Stator zugeordnet wird, wobei der Stator zusammen mit anderen Teilen einer Gießform einen Formhohlraum bildet, und daß dann Kapselungsmaterial durch Einlaßöffnungen in einem oder mehreren dieser anderen Formteile in den Formhohlraum eingespritzt wird, um die Spule und den Spulenträger in ihrer Gesamtheit einschließlich der Befestigung der fertigen Leiterenden des Spulendrahtes an den trägermontierten elektrischen Anschlüssen, die sich von dem Spulenträger und der Spule axial wegerstrecken, außer an den äußeren Endabschnitten der Anschlüsse, gleichzeitig einzukapseln und die gekapselte Spule einschließlich des Spulenträgers mit dem Stator zu verbinden.
Dadurch, daß eine ungekapselte trägermontierte Spule und ein Stator auf diese Weise miteinander vereinigt werden, ist es möglich, im Vergleich zu dem oben beschriebenen vorbekannten Verfahren, bei dem die Spule zuerst gekapselt und danach in den Stator eingesetzt wird, einen verbesserten Fluß des Kapselungsmaterials in den Forinhohlraum und eine die Spule bedeckende dickere Verschlußkapselung zu erreichen.
Die Erfindung besitzt weitere Merkmale, die für den Gesamtherstellungsvorgang von Vorteil sind. Sie betreffen die Trennung der Anordnung von der Gießform nach dem Kapselungsschritt und die Herstellung des Spulenträgers. Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu betrachten sind. Diese Zeichnungen zeigen ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der zur Zeit für am besten gehaltenen praktischen Umsetzung der Erfindung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf den Spulenträger und die elektrischen Anschlüsse;
Fig. 2 ist ein diametraler Querschnitt in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Draufsicht von unten auf den Spulenträger und die elektrischen Anschlüsse;
Fig. 4 ist eine fragmentarische vergrößerte Ansicht eines Abschnittes der Fig. 3, die die Einzelheit der Befestigung eines Endes des Spulendrahtes an einem der elektrischen Anschlüsse darstellt;
Fig. 5 ist eine fragmentarische vergrößerte Ansicht eines anderen Teils der Fig. 3, welche im einzelnen die Befestigung eines anderen Endes des Spulendrahtes an dem anderen elektrischen Anschluß darstellt;
Fig. 6 ist eine Draufsicht von unten auf den Stator selbst;
Fig. 7 ist ein diametraler Querschnitt in Richtung oder Pfeile 7-7 in Fig. 6;
Fig. 8 ist ein diametraler Querschnitt der den Stator zugeordneten trägermontierten Spule vor dem Kapselungs schritt;
Fig. 9 ist ein diametraler Querschnitt der dem Stator zugeordneten trägermontierten Spule im Anschluß an den Kapselungs schritt.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Träger-Anschlul3-Untereinheit 10, die aus einem nicht metallischen Spulenträger 12 und zwei elektrischen Anschlüssen 14, 16 besteht. Der Spulenträger 12 weist eine kreiszylindrische Seitenwand 18 mit einer kreisringförmigen Leiste bzw. Flansch 20 auf, die bzw. der um die Außenseite ihres unteren Endes umläuft. Diametral einander gegenüberliegend und von der Unterseite der Leiste 20 nach unten verlaufend sind zwei anschlußerfassende Aufnahmen 22 bzw. 24 vorgesehen. Die Anschlüsse 14, 16 haben innere Endabschnitte mit entsprechenden kreisförmigen Köpfen 26, 28, die von den Aufnahmen 22 bzw. 24 erfaßt werden, um die Anschlüsse an dem Spulenträger 12 zu sichern. Eine elektromagnetische Spule 30 (die in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist), ist auf dem Spulenträger 12, aufrechtstehend auf der Oberseite der Leiste 20, angeordnet.
Die Spulen-Anschluß-Untereinheit 10 wird vorteilhafterweise dadurch hergestellt, daß der Spulenträger 12 bei der Herstellung des Spulenträgers direkt auf die Anschlüsse 14, 16 gegossen wird. Dies verleiht Steifigkeit und Festigkeit, was von Vorteil für den anschließenden Kapselungsschritt ist, welcher weiter unten genauer beschrieben wird.
Die Spule 30 ist eine Länge isolierten Drahtes, der um die Seitenwand 18 gewickelt ist. Seine entgegengesetzten Enden bilden Anfangs- und Enddrähte, die durch entsprechende Schlitze in dem Rand der Leiste über und um den Rand der Leiste 20 gebracht und um die entsprechenden Anschlüsse 14, 16 an Stellen 32, 34 unmittelbar unterhalb der Aufnahmen 22, 24 gewickelt werden, um eine elektrische Verbindung zu schaffen, die die Spule 30 zwischen die Anschlüsse schaltet, wie in den Fig. 4 und 5 vergrößert dargestellt ist.
Die Fig. 6 und 7 zeigen im Detail einen Stator 36, dem die Träger-Anschluß-Spulen-Untereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zugeordnet werden soll. Der Stator 36 weist eine innere und eine äußere Hülse 38, 40 auf, die an einem Ende durch eine querverlaufende kreisförmige Stimwand 42 verbunden sind. Einander diametral gegenüberliegend in einem radialen Zwischenbereich der Stimwand 42 sind zwei kreisförmige Durchgangslöcher 44, 46 vorgesehen, die zu einem kreisringförmigen zylindrischen Raum 48 offen sind, welcher die Hülsen 38, 40 radial trennt. Allgemein gesprochen, sind die Durchgangslöcher 44, 46 bezüglich des Raumes 48 geringfügig radial nach innen versetzt. Unmittelbar benachbart zu den inneren Enden der Durchgangslöcher 44, 46 ist der Innendurchmesser der äußeren Hülse 40 gegengebohrt, so daß die Schnittstelle jedes Durchgangsloches 44, 46 mit dem Raum 48 schmale Lippen 50, 52 erzeugt.
Bei dem Verfahren, die Träger-Anschluß-Spulen-Untereinheit dem Stator 36 zuzuordnen, werden die beiden in der in Fig. 8 dargestellten Weise angeordnet. Die Träger-Anschluß-Spulen-Untereinheit wird aufrecht auf einem unteren Formteil 54 aufgesetzt. Die äußeren Enden der Anschlüsse 14, 16 werden in entsprechende Löcher 56, 58 in dem Formteil 54 eingesetzt. Jedes Loch 56, 58 weist eine abgestufte Gegenbohrung 60, 62 auf, die sich zu einer ebenen oberen Fläche 64 des Formteils 54 von dem untersten Abschnitt jedes Loches aus erstreckt, welcher den äußersten Endabschnitt jedes Anschlusses passend aufnimmt. Die untere Stirnfläche des Stators 36 liegt eben an der Formteilfläche 64 an. Geeignete Zentriermittel (nicht gezeigt) sind vorgesehen, um sicherzustellen, daß der Stator 36 relativ zu der Träger- Anschluß-Spulen-Untereinheit einwandfrei positioniert ist.
Dann wird ein oberes Formteil 66 so angeordnet, daß ebene Bereiche seiner unteren Stirnfläche 68 an den ebenen und koplanaren oberen Enden der Stator-Hülsen 38, 40 anliegen. Dort, wo das obere Formteil 66 über dem Raum 48 liegt, besitzt ihre untere Stimseite 68 eine nach unten ragende kreisringförmige Rippe 70. An einer oder mehreren Stellen um die Rippe 70 herum befinden sich eine oder mehrere Einlaßöffnungen 72, über die Kapselungsmaterial zum Einkapseln der trägermontierten Spule eingebracht wird. Die nicht besetzten Abschnitte des Raumes 48 und der Gegenbohrungen 60, 62 bilden somit einen Formhohlraum, der gemeinsam von den beiden Formteilen 54, 66 und dem Stator 36 selbst als drittem Formteil gebildet wird.
Der Kapselungsschritt wird in der Weise durchgeführt, daß Kapselungsmaterial in diesen Formhohlraum über die Einlaßöffnung(en) 72 eingespritzt wird. Da dies typischerweise unter Druck erfolgt, helfen die Festigkeit und Steifigkeit, die der Befestigung der Anschlüsse 14, 16 an dem Spulenträger 12 verliehen wurden, dabei mit, die Untereinheit bei dem Druck des Einspritzvorganges innerhalb des Formhohlraums ausreichend abzustützen. Es sollte ein ringförmiger Filmstreifen 74 über dem oberen Ende der Spule angeordnet werden, wie dies in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, da das obere Ende des Spulenträgers, anders als das untere Ende, flanschlos ist (solch ein Spulenträger mit nur einem Flansch läßt sich mit weniger komplizierten Werkzeugen als ein Spulenträger mit zwei Flanschen herstellen). Der Zweck des Filmstreifens 74 besteht darin, zu verhindern, daß eine nennenswerte Menge des Kapselungsmaterials in die Spulenwicklung eindringt, was andernfalls zu verkürzten Windungen führen könnte. Die Nagelkopfform der Anschlüsse 14, 16 sorgt nicht nur für Anschluß-Spulen-Steifigkeit, sondern hilft auch dabei mit, das Eindringen von Kapselungsmaterial zwischen den Windungen der Spule an den Punkten, an denen die Anschlüsse mit dem Spulenträger verbunden sind, zu verhindern.
Fig. 9 zeigt den Zustand bei Beendigung des Einspritzens von Kapselungsmaterial in den beschriebenen Formhohlraum. Man läßt das Kapselungsmaterial in der Verschlußkapselung 76 aushärten, ehe die beiden Formteile 54, 66 von dem Stator 36 getrennt werden. Dadurch, daß die Rippe 70 und die Einlaßöffnung(en) wie gezeigt und beschrieben vorgesehen sind, wird eine Vertiefung 75 in diesem Ende der Verschlußkapselung 76 gebildet, so daß, wenn das obere Formteil 66 von dem Stator 36 getrennt wird, Angüsse an dem Ende der Verschlußkapselung 76 nicht über die oberen Enden der inneren und äußeren Statorhülse 38, 40 vorstehen.
Bei der fertiggestellten Magnetspulenanordnung dichtet die Verschlußkapselung 76 die Spule und den Spulenträger nahtlos ab, und sie vereinigt sicher die Träger-Anschluß-Spulen-Untereinheit mit dem Stator durch "Bonding" aufgrund der Natur des Kapselungsmaterials. Die Verschlußkapselung verriegelt sich außerdem axial an den Lippen 50, 52 und bildet somit eine preßsitzartige axiale Verriegelung mit dem Stator. Die Verschlußkapselung bedeckt vollständig die Punkte, an denen die Spulenenden mit den Anschlüssen 14, 16 verbunden sind, läßt jedoch die äußersten Endabschnitte der Anschlüsse frei, so daß sie bei Verwendung der Anordnung mit einem elektrischen Verbinder (nicht gezeigt) verbunden werden können.
Ein möglicher Einsatz der Magnetspulenanordnung ist der Einsatz bei einem magnetbetätigten Ventil z.B. einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Der Elektromagnet kann dem Hydraulikdruck und dem Fluid (Kraftstoff) selbst ausgesetzt sein, und die ausgezeichnete Kapselung der Spule und die Verbindung der Teile, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden, können einen signifikanten Beitrag für ein wirtschaftlich zufriedenstellendes Produkt leisten.
Wenn auch ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich jedoch, daß die Erfindung auch bei anderen Ausführungsbeispielen verwirklicht werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Magnetspulenanordnung mit einem Spulenträger (12), zwei elektrischen Anschlüssen (14,16) mit an dem Spulenträger angebrachten inneren Endabschnitten und äußeren Endabschnitten für den Anschluß an einem getrennten elektrischen Verbinder, einer Drahtlänge, die als Magnetspule (30) auf dem Spulenträger angeordnet ist und deren entgegengesetzte Enden an den elektrischen Anschlüssen befestigt sind, um die Spule mit den Anschlüssen elektrisch zu verbinden, einem Stator (36) mit einer inneren Hülse (38), die innerhalb des Spulenträgers angeordnet ist, und einer äußeren Hülse (40), die außerhalb des Spulenträgers angeordnet ist, und einer Vergußkapselung (76), die die Gesamtheit der Spule und des Spulenträgers einschließlich der Anbringung der inneren Endabschnitte der Anschlüsse an dem Spulenkörper und der Befestigung des Drahtes an den Anschlüssen einkapselt und mit dem Stator verbindet, so daß der Spulenträger, die Spule, die Anschlüsse und der Stator eine einteilige Magnetspulenanordnung bilden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, daß der Spulenträger und die Anschlüsse als Untereinheit gefertigt werden, diese Untereinheit und der Stator in einer Gießform angeordnet werden, welche ein erstes (54) und ein zweites (56) Formteil aufweist, die mit dem Stator (36) als drittes Formteil zusammenwirken, um einen Formhohlraum (48) zu bilden, derart, daß die Anschlüsse axial aus einem Ende vorstehen, und daß dann Kapselungsmaterial in den Formhohlraum eingespritzt wird, um die Verschlußkapselung herzustellen und dadurch die einteilige Magnetspulenanordnung zu erzeugen, wobei der von dem ersten, zweiten und dritten Formteil gebildete Formhohlraum (48) aus einem zylindrischen Raum zwischen einer radial äußeren Wandfläche der inneren Hülse (38) und einer radial inneren Wandfläche der äußeren Hülse (40) besteht, wobei der Spulenträger (12) und die Spule (30) radial beabstandet zu der radial äußeren Wandfläche der inneren Hülse (38) und zu der radial inneren Fläche der äußeren Hülse (40) angeordnet sind und die Verschlußkapselung nicht nur zur Einkapselung der Gesamtheit der Spule (30) und des Spulenträgers (12), sondern auch zur Verbindung mit der radial äußeren Fläche der inneren Hülse (38) und mit der radial inneren Fläche der äußeren Hülse (40) dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere oder die äußere Hülse des Stators aus einer umlaufenden Lippe (50 oder 52) besteht und beim Einspritzen von Kapselungsmaterial in den Formhohlraum Kapselungsmaterial um die Lippe herum eingespritzt wird, so daß in der fertigen einteiligen Magnetspulenanordnung die Verschlußkapselung axial mit der Lippe verriegelt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste oder zweite Formteil (54) Gegenbohrungen (60, 62) aufweist und daß beim Einspritzen von Kapselungsmaterial in den Formhohlraum Kapselungsmaterial um Zwischenabschnitte der Anschlüsse gegossen wird, die unmittelbar außerhalb der Befestigung des Drahtes an den Anschlüsse, jedoch vor den äußeren Endabschnitten liegen, wobei die Zwischenabschnitte sich axial über die innere und äußere Hülse hinaus erstrecken, so daß sie in den Gegenbohrungen angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Einspritzen von Kapselungsmaterial in den Formhohlraum das Kapselungsmaterial in ein axiales Ende des Hohlraumes eingespritzt wird, das dem einen Ende gegenüberliegt, aus dem die Anschlüsse vorstehen, und eine Vertiefung (75) darin erzeugt wird, die relativ zu den unmittelbar inneren axialen Enden der inneren und äuderen Hülse vertieft ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein axiales Ende des Spulenträgers, das sich nächst der Vertiefung befindet, flanschlos ist, und daß das innere axiale Ende der Spule von einer ringförmigen Materiallage (74) abgedeckt ist.

6. Magnetspulenanordnung mit einem Spulenträger (12), zwei elektrischen Anschlüsse (14,16) mit an dem Spulenträger angebrachten inneren Endabschnitten und äußeren Endabschnitten für den Anschluß an einem getrennten elektrischen Verbinder, einer Drahtlänge, die als Magnetspule (30) auf dem Spulenträger angeordnet ist und deren entgegengesetzte Enden an den elektrischen Anschlüsse befestigt sind, um die Spule mit den Anschlüssen elektrisch zu verbinden, einem Stator (36) mit einer inneren Hülse (38), die innerhalb des Spulenträgers angeordnet ist und einer äußeren Hülse (40), die außerhalb des Spulenträgers angeordnet ist, und einer Vergußkapselung (76), die die Gesamtheit der Spule und des Spulenträgers einschließlich der Anbringung der inneren Endabschnitte der Anschlüsse an dem Spulenkörper und der Befestigung des Drahtes an den Anschlüssen einkapselt und mit dem Stator verbindet, so daß der Spulenträger, die Spule, die Anschlüsse und der Stator eine einteilige Magnetspulenanordnung bilden, wobei die Verschlußkapselung zwischen einer radial äußeren Wandfläche der inneren Hülse (38) und einer radial inneren Wandfläche der äußeren Hülse (40) verläuft und damit verbunden ist, sowie den Raum (48) einnimmt, der sich zwischen der radial äußeren Wandfläche der inneren Hülse und dem Spulenträger und der Spule befindet und der sich außerdem zwischen dem Spulenträger und der Spule und der radial inneren Fläche der äußeren Hülse befindet.

7. Magnetspulenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere oder äußere Hülse des Stators eine umlaufende Lippe (50 oder 52) aufweisen und die Verschlußkapselung mit der Lippe axial verriegelt ist.

8. Magnetspulenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußkapselung Zwischenabschnitte der Anschlüsse einkapselt, welche unmittelbar außerhalb der Befestigung des Drahtes an den Anschlüssen, jedoch vor den äußeren Endabschnitten liegen, wobei die Zwischenabschnitte sich axial über die innere und äußere Hülse hinaus erstrekken.

9. Magnetspulenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein axiales Ende der Verschlußkapselung eine Vertiefung (75) aufweist, die relativ zu den unmittelbar inneren axialen Enden der inneren und äußeren Hülse vertieft ist.

10. Magnetspulenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein axiales Ende des Spulenträgers, das sich nächst der Vertiefung befindet, flanschlos ist und das innere axiale Ende der Spule von einer ringförmigen Materiallage (74) abgedeckt ist.