EP1440453B1 - Massereduzierter magnetspulenträger - Google Patents

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EP1440453B1
EP1440453B1 EP02760098A EP02760098A EP1440453B1 EP 1440453 B1 EP1440453 B1 EP 1440453B1 EP 02760098 A EP02760098 A EP 02760098A EP 02760098 A EP02760098 A EP 02760098A EP 1440453 B1 EP1440453 B1 EP 1440453B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
thin
magnet
walled
arrangement according
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02760098A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1440453A1 (de
Inventor
Bernhard Just
Nestor Rodriguez-Amaya
Uwe Schmidt
Ramon Junker
Thomas Christmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1440453A1 publication Critical patent/EP1440453A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1440453B1 publication Critical patent/EP1440453B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/04—Arrangements of electric connections to coils, e.g. leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F2007/062—Details of terminals or connectors for electromagnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers

Definitions

  • Magnetic coils of solenoid valves have a requirement to improve the switching dynamics in order to achieve short switching times and avoid excessive heating of the electromagnet by good heat dissipation behavior.
  • DE 197 15 234 A1 refers to a direct injection fuel injection solenoid valve for storage injection systems.
  • the fuel injection valve comprises a supply line which leads to a spring-loaded nozzle needle in each valve housing and can be shut off by a control piston with a valve function, and also a nozzle needle spring which is supported in a spring chamber and presses the nozzle needle onto its needle seat.
  • On the back of the system pressure control piston a control chamber is arranged.
  • a solenoid valve the control chamber with a discharge line is connected and at the same time for the injection blocking the leading to the nozzle needle supply line by a control piston arranged on the high pressure valve can be canceled.
  • a throttled line connection is further provided as a bypass between the supply line and the discharge line, the line connection containing a valve in operative connection with the leakage valve, through which the line connection can be interrupted during the injection.
  • EP 0 657 642 A2 has a fuel injection device for internal combustion engines to the object.
  • the fuel injection device for internal combustion engines comprises a high-pressure collecting chamber, which can be filled by a high-pressure fuel pump, from which high-pressure lines lead to the individual injection valves.
  • control valves for controlling the high-pressure injection at the injection valves and an additional pressure storage space between these control valves and the high-pressure accumulation chamber are used in the individual high-pressure lines.
  • the control valve is designed such that it closes during the injection breaks at the injector whose connection to the pressure accumulator space and a connection between injectors and a discharge chamber auf crizt.
  • the control valve is designed as a 3/2-way valve, the piston-shaped valve member is actuated by a force acting on its one end face against a between the housing and a spring plate on the valve member supporting compression spring solenoid actuating magnet.
  • the electric solenoid is energized by a control unit.
  • DE 197 14 812 A1 refers to a conventional solenoid.
  • the magnet coil has a winding on a winding support on which a socket is formed for receiving a respective contact connection.
  • a solenoid is used, inter alia, in solenoid valves, which are used in fuel pumps of internal combustion engines for controlling the delivery rate and the delivery curve. In operation, the gas valves are at least partially flowed around by high-pressure fuel. In order to avoid contact with the fuel, it is necessary to encapsulate the solenoid.
  • solenoid valves with extremely short switching times are required. The short switching times lead to the fact that the magnet coil heats up during operation and therefore has to be taken care of for heat dissipation at the magnetic coil, since its thermal load during operation is undesirable.
  • EP 0 138 408 A2 describes an electromagnet, comprising a cylindrical coil part comprising receptacles for contact terminals and mounted on its central axis stator core. Furthermore, an armature core and a multi-part yoke arranged radially around the coil part is provided which directs the magnetic flux generated by the coil part to the stator core and the armature core.
  • the connection between the individual yoke elements made of metal sheets can be made by pourable filler material.
  • a strapless magnetic coil that includes a coil that is received in a magnet pot.
  • the winding is formed in particular from a baked enameled wire, which is provided with a coating which brings about cohesion of the winding of the magnetic coil.
  • the winding of the magnetic coil is arranged in a toroidal cup.
  • the advantages of the inventive solution according to claim 1 are mainly to be seen in that when using an extremely thin-walled bobbin magnets can be used, which have a very small defined space between bobbin and magnet pot, creating an extremely miniaturized design of electromagnets is possible.
  • the handling of very small magnetic coils be facilitated with a mean diameter smaller than 5 to 6 mm, in addition, the magnet coil surrounded by the thin-walled bobbin can be positioned very accurately within the magnet pot.
  • the arrangement of the bobbin in the magnet pot forms a uniform gap for a potting compound to be introduced, so that it runs evenly in the gap and no unwanted cavities can form within the potting material, be it accumulations of material or areas with impermissibly thin wall thickness.
  • An uneven distribution of the potting compound in the annular gap between the electromagnet and magnet pot affects the heat dissipation very unfavorable and is therefore avoid as possible.
  • thin-walled coil carrier with wall thicknesses, which are preferably below 200 to 300 microns, the occurrence of short circuits between coils and magnet pot is prevented.
  • tubular projections can be attached to it, which allow for easier insertion of contact lugs. Furthermore, can be used by the means of the thin-walled coil carrier space reserved for pouring a curing potting compound.
  • the proposed solution according to the invention allows an interaction of well-defined, uniformly extending gaps between the coil and magnet pot, whereby the pouring / injecting a flowable mass is promoted and with respect to the heat dissipation optimized magnet has the result.
  • FIG. 1 is the representation of a on the opposite side of the contact bushings procured open coil carrier.
  • the bobbin 1 as shown in FIG. 1 is preferably made of a high-performance thermoplastic or a thermosetting material with T G ⁇ 120 ° C, where T G denotes the glass transition temperature at which the transition to the plasticization begins
  • T G denotes the glass transition temperature at which the transition to the plasticization begins
  • the thermoplastic material used be it a high-performance thermoplastic or a thermosetting material to improve the jackpotleit s mineral fillers added.
  • the thin-walled bobbin 1 comprises in its lower region a jacket 2, which terminates in an open end 4.
  • the upper side of the jacket region of the thin-walled coil carrier 1 is delimited by an annular cover element 3.
  • Reference numeral 5 designates the wall thickness of the cladding region of the thin-walled coil carrier 1, which is preferably formed in the range between 200 and 300 ⁇ m, and is particularly preferably below this range.
  • two tubular contact guides 6 and 7 are formed spaced from each other.
  • the tubular-shaped contact guides 6 and 7 extend parallel to the axis 9 of the thin-walled bobbin 1 as shown in FIG FIG. 1 , Instead of in FIG.
  • the tube-shaped contact guide elements are formed in a first length 8.
  • the tube-shaped configured contact guide elements 6 and 7, which may be injection-molded onto the annular surface of the annular cover section 3 of the thin-walled coil carrier 1, comprise end faces 10. From the end faces 10 of the tube-shaped contact guide elements 6 7 and 7 extend axial slits 11 which extend parallel to the axis 9 of the thin-walled bobbin 1.
  • the slits 11 can extend over both the entire first length 8 of the tubular contact guide elements 6 and 7; In addition, it is also possible to form the slits 11 in the lateral surfaces of the tube-shaped contact guide elements 6 and 7 only over a partial region of the first length 8.
  • the inner diameter of the tubular contact guide elements 6 and 7 is denoted by reference numeral 12 and to the outer dimensions of in FIG. 1 not shown contact lugs 32 (see FIG. 3 ) Voted.
  • the inner diameter of the thin-walled bobbin is designated by reference numeral 13.
  • the inner diameter 13 of the thin-walled bobbin is also - although drawn here in the area of the annular cover section 3 - for the inner diameter in the region of the shell portion 2 of the thin-walled bobbin 1 decisive.
  • FIG. 2 shows a bobbin as shown in FIG. 1 , but with an additional molded bottom part.
  • FIG. 2 specified further embodiment of the inventively proposed thin-walled bobbin is identified by reference numeral 20.
  • the further embodiment variant as shown in FIG. 2 differs from the first embodiment as shown in FIG. 1 by a bottom region 21 integrally formed in the lower region of the thin-walled coil carrier 20.
  • the spacing of the annular lid section 3 in the axial direction from the bottom region 21 formed on the underside of an outer lateral surface 23 is designated by reference numeral 22.
  • Analogous to the representation in FIG. 1 is the outer circumferential surface portion 23 of the thin-walled bobbin 20 as shown in FIG. 2 procure in an inner diameter 13.
  • tubular contact guide elements 6 and 7 are formed at the top of the annularly configured cover portion 3 of the thin-walled bobbin 20 at the top of the annularly configured cover portion 3 of the thin-walled bobbin 20 at the top of the annularly configured cover portion 3 of the thin-walled bobbin 20 at the top of the annularly configured cover portion 3 of the thin-walled bobbin 20 at the top of the annularly configured cover portion 3 of the thin-walled bobbin 20 are in an analogous manner to the first embodiment in FIG. 1 two integrally formed parallel to the axis 9 of the thin-walled bobbin 20, extending tubular contact guide elements 6 and 7 are formed. These likewise comprise a longitudinal slit 11 running parallel to the axis of the thin-walled coil carrier 20 and which can be formed over the entire first length 8 of the contact-guiding elements 6 and 7, respectively.
  • the longitudinal slot 11 in the lateral surfaces of the tubular contact guide elements 6 and 7, however, can also be designed such that it extends only over a portion
  • FIG. 3 shows a thin-walled bobbin with slotted contact guide elements, in which a contact lug is received.
  • the tubular contact guide elements 6 and 7 are configured in a different length 31 to the first length 8 and a further length in the axial direction parallel to the axis 9 of the thin-walled coil carrier 30.
  • Each of the tubular configured contact guide elements 6 and 7 is substantially provided with a circular cross-section, wherein in the boundary wall of the contact guide elements 6 and 7, a parallel to the axis 9 of the thin-walled bobbin 30 extending longitudinal slot 11 may be formed.
  • the first contact guide element 6 comprises a shoulder 33.
  • the semicircularly configured section of the lateral surface of the first tubular contact guide element 6 extending above the shoulder 33 serves as a guide surface 34 for the contact lug 32 to be accommodated.
  • the formed at the top of the annular cover portion 3 second contact guide element 7 is formed in a second axial length 31, wherein the end face 10 is located approximately at the level of the shoulder 33 of the first contact guide element 6. Also, the second contact guide element 7 is provided on its lateral surface with a longitudinal slot 11, which from the end face 10 downward toward the top of the annular cover portion 3 of the thin-walled bobbin 30 as shown in FIG FIG. 3 runs.
  • the inner diameter 12 of the contact guide elements 6 and 7 adapted to the outer diameter of the contact tracks 32.
  • the inner diameter 13 of the thin-walled coil carrier 1, 20 or 30 is adapted to the installation geometry in a magnet pot 40.
  • the wall thickness 5 of the preferably made of a temperature-resistant plastic material, such as high-performance thermoplastics or thermosets, mixed with mineral fillers thin-walled coil carrier 1, 20 and 30 is in the range between 200 to 300 microns, preferably below.
  • Flow path / wall ratios 1 / S ⁇ 100 are established. With the flow path / wall ratio, the relative length 1 is characterized in relation to the width s of a gap. The bigger this ratio is, the harder it is to get in To bring such a thin and long-extending space a potting compound, be it plastic, be it another flowable and later hardening material. For large flow path / wall ratios, it is necessary to apply strong pressure from outside to achieve complete filling of the gap defined by a flow path / wall ratio ⁇ 100.
  • coil wire of the solenoid coil can be provided with a baked enamel wire coating, which can be baked after the winding of the bobbin 1, 20 and 30 by applying a surge to increase the stability of the solenoid.
  • the thin-walled coil carrier 1, 20 or 30 with magnetic coil 41 accommodated thereon can be let into a magnet pot 40 and be precisely positioned.
  • a baked enamel overcoating is not essential.
  • FIG. 4 shows the representation of a partially cut open magnetic pot with thin-walled coil carrier received therein.
  • the thin-walled bobbin 1, the in FIG. 1 en detail is shown in FIG FIG. 4 a magnetic coil 41 partially embedded in a magnetic pot 40.
  • the lateral surface 2 or the annular section 3 of the thin-walled coil carrier 1 surround the magnetic coil 41 on its inside and in the upper region between the outside of the magnetic coil 41, which can be stabilized by means of a baked enamel wire coating, and the inside of the magnet pot 40 is a gap 42nd educated.
  • Another space, designated by reference numeral 43 is formed between the inside of the inner circumferential surface of the thin-walled bobbin 2 and the inner boundary wall of the annular groove for receiving the electromagnet 41 and the thin-walled bobbin 1.
  • first contact guide element 6 with longitudinal section 11 can be seen , which forms a Mixticiansdorfkeit for marked with reference numeral 32 contact lugs 32.
  • the first contact guide element 6 or in FIG. 4 through this concealed second contact guide element are electrically connected to the here indicated only schematically solenoid coil 41.
  • a thin-walled bobbin 1, 20 or 30, which is made of a temperature-resistant material, preferably by way of injection molding processable plastic, very small gaps between the solenoid 41 and the inside of a magnet pot 40 can be achieved.
  • the intermediate spaces between the outside of the magnet coil 41 and the inside of the magnet pot 40, which are established when using a thin-walled coil support 1, 20 or 30, run uniformly and permit a uniform flow of the encapsulant to be poured into the intermediate spaces.
  • a clearance inside, reference numeral 43 may arise due to tolerances in the dimensions of the outer diameter of an inner pole and the inner diameter 13 of the coil. It is desirable to insert the coil into the magnet pot 40 without much resistance, i. H.
  • the gap outside, reference numeral 42 is dictated by the design within tolerances. About the casting / encapsulation, d. H. the introduction of a flowable material in this space, it is possible to fill the gap.
  • thermoplastics or thermosets with admixture of a high proportion of mineral fillers and a material to be infused in a uniform gap 42 between the outside of the magnet coil 41 and the inside of the magnet cup 40, optimum heat dissipation can be achieved achieve through the lateral surface of the magnet pot 40, which considerably extends the stability of very small magnetic coils 41.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetanordnung mit einer Magnetspule (41) , die von einem Magnettopf (40) umgeben ist und die Magnetspule (41) mit Kontaktfahnen (32) elektrisch leitend verbunden ist, wobei ein Zwischenraum zwischen der Aussenseite der Magnetspule (41) und der Innenseite des Magnettopfes (40) ausgebildet ist, in welchen ein fliessfähiges Material eingegossen wird. Die Magnetspule (41) ist von einem dünnwandigen Spulenträger (1, 20, 30) umgeben, an welchem röhrenförmige Kontaktführungselemente (6, 7) angeformt sind. Der dünnwandige Spulenträger (1, 20, 30) ist aus einem mit mineralischen Füllstoffen versetzten, temperaturbeständigen Kunststoffmaterial gefertigt.

Description

    Technisches Gebiet
  • Bei Kraftstoffinjektoren von Kraftstoffversorgungsanlagen für Verbrennungskraftmaschinen können neben Piezoaktoren auch Magnetspulen eingesetzt werden. Bei Magnetspulen von Magnetventilen liegt eine Anforderung darin, die Schaltdynamik zu verbessern, um kurze Schaltzeiten zu erreichen und eine übermäßige Erwärmung des Elektromagneten durch gutes Wärmeableitungsverhalten zu vermeiden.
    • Stand der Technik
  • DE 197 15 234 A1 bezieht sich auf ein direkteinspritzendes Kraftstoffeinspritzventil mit Magnetsteuerung für Speichereinspritzsysteme. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst eine in jedem Ventilgehäuse zu einer federbelasteten Düsennadel führende und durch einen Steuerkolben mit Ventilfunktion absperrbare Zuführleitung, ferner eine in einem Federraum sich abstützende und die Düsennadel auf ihre Nadelsitze drückende Düsennadelfeder. Auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden Steuerkolbens ist ein Steuerraum angeordnet. Durch ein Magnetventil ist der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig zur Einspritzung die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zuführleitung durch ein am Steuerkolben angeordnetes Hochdruckventil aufhebbar. Im Kraftstoffeinspritzventil ist ferner eine gedrosselte Leitungsverbindung als Bypass zwischen der Zuführleitung und der Entlastungsleitung vorgesehen, wobei die Leitungsverbindung ein mit dem Magnetventil in Wirkverbindung stehendes Leckageventil enthält, durch welches während der Einspritzung die Leitungsverbindung unterbrochen werden kann.
  • EP 0 657 642 A2 hat eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen zum Gegenstand. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen umfasst einen von einer Kraftstoffhochdruckpumpe befüllbaren Hochdrucksammelraum, von dem Hochdruckleitungen zu den einzelnen Einspritzventilen abführen. Dabei sind in den einzelnen Hochdruckleitungen Steuerventile zur Steuerung der Hochdruckeinspritzung an den Einspritzventilen sowie ein zusätzlicher Druckspeicherraum zwischen diesen Steuerventilen und dem Hochdrucksammelraum eingesetzt. Um zu vermeiden, dass der hohe Systemdruck ständig an den Einspritzventilen anliegt, ist das Steuerventil derart ausgeführt, dass es während der Einspritzpausen am Einspritzventile dessen Verbindung zum Druckspeicherraum verschließt und eine Verbindung zwischen Einspritzventile und einem Entlastungsraum aufsteuert. Das Steuerventil ist als 3/2-Wegeventil ausgeführt, dessen kolbenförmiges Ventilglied von einem auf seine eine Stirnseite entgegen einer sich zwischen Gehäuse und einem Federteller am Ventilglied abstützenden Druckfeder wirkenden elektrischen Stellmagneten betätigt wird. Der elektrische Stellmagnet wird von einem Steuergerät bestromt.
  • DE 197 14 812 A1 bezieht sich auf eine herkömmliche Magnetspule. Die Magnetspule weist eine Wicklung auf einem Wicklungsträger auf, an dem zur Aufnahme von einem jeweiligen Kontaktanschluss ein Stutzen angeformt ist. Eine derartige Magnetspule kommt u.a. in Magnetventilen zum Einsatz, die in Kraftstoffpumpen von Brennkraftmaschinen zur Steuerung der Fördermenge und des Förderverlaufs verwendet werden. Im Betrieb werden die Magentventile zumindest teilweise von mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff umströmt. Um einen Kontakt mit dem Kraftstoff zu vermeiden, ist es erforderlich, die Magnetspule zu kapseln. Insbesondere bei Common Rail-Kraftstoffeinspritzanlagen oder Pumpe-Düse-Einheiten werden Magnetventile mit extrem kurzen Schaltzeiten benötigt. Die kurzen Schaltzeiten führen dazu, dass sich die Magnetspule im Betrieb erwärmt und daher für eine Wärmeableitung an der Magnetspule Sorge zu tragen ist, da deren thermische Belastung im Betrieb unerwünscht ist.
  • EP 0 138 408 A2 beschreibt einen Elektromagneten, ein zylindrisches Spulenteil umfassend mit Aufnahmen für Kontaktanschlüsse sowie mit auf seiner Mittelachse montiertem Statorkern. Ferner ist ein Ankerkern und ein mehrteiliges radial um das Spulenteil angeordnetes Joch vorgesehen, welches den von dem Spulenteil erzeugten magnetischen Fluss dem Statorkern und dem Ankerkern leitet. Die Verbindung zwischen den einzelnen aus Metallbögen gefertigten Jochelementen kann durch ein vergießbares Füllmaterial hergestellt werden.
  • Aus DE 199 63 781 A1 ist eine trägerlose Magnetspule bekannt, welche eine Wicklung umfasst, die in einem Magnettopf aufgenommen ist. Die Wicklung wird insbesondere aus einem Backlackdraht gebildet, der mit einer Beschichtung versehen ist, die einen Zusammenhalt der Wicklung der Magnetspule bewirkt. Die Wicklung der Magnetspule ist in einem torusförmigen Becher angeordnet. Durch Fixierung mit einer Vergussmasse können die Zwischenräume zwischen Spule und Magnettopf signifikant verringert werden. Dadurch lässt sich eine Verbesserung der Dynamik und der Wärmeableitung erzielen. Andererseits entstehen Probleme in Bezug auf die Handhabung, einer korrekten Positionierung sowie die Gefahr der Bildung elektrischer Kurzschlüsse zwischen Spulendraht und Magnettopf und Hohlräumen innerhalb der Vergussmasse. Es können ferner Undichtheiten durch undefinierte Lager des Spulendrahtes am Austritt aus dem Magnettopf auftreten, so dass diese Lösung mit Nachteilen behaftet ist.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Auspruch 1 sind vor allem darin zu erblicken, dass bei Einsatz eines extrem dünnwandigen Spulenträgers Magnete eingesetzt werden können, die einen sehr kleinen definierten Zwischenraum zwischen Spulenkörper und Magnettopf aufweisen, wodurch eine extrem miniaturisierte Ausführung von Elektromagneten möglich wird. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann die Handhabung sehr kleiner Magnetspulen mit einem mittleren Durchmesser kleiner als 5 bis 6 mm erleichtert werden, zudem lässt sich die vom dünnwandigen Spulenkörper umgebene Magnetspule sehr exakt innerhalb des Magnettopfes positionieren. Durch die Anordnung des Spulenträgers im Magnettopf bildet sich ein gleichmäßiger Spalt für eine einzubringende Vergussmasse aus , so dass diese gleichmäßig im Spalt verläuft und sich keine unerwünschten Hohlräume innerhalb des Vergussmaterials ausbilden können, seien es Materialanhäufungen oder Bereiche mit unzulässig dünner Wandstärke. Eine ungleichmäßig Verteilung der Vergussmasse im Ringspalt zwischen Elektromagneten und Magnettopf beeinflusst die Wärmeableitung sehr ungünstig und ist deswegen tunlichst zu vermeiden.
  • Mit dem Einsatz dünnwandiger Spulenträger mit Wandstärken, die vorzugsweise unterhalb von 200 bis 300 µm liegen, wird das Auftreten von Kurzschlüssen zwischen Spulen und Magnettopf verhindert.
  • In einer Ausführungsvariante des vorgeschlagenen, dünnwandigen Spulenträgers können an diesem röhrenförmige Ansätze angebracht sein, die ein leichteres Einsetzen von Kontaktfahnen gestatten. Ferner lässt sich durch den mittels des dünnwandigen Spulenträgers vorgehaltenen Platz zum Eingießen einer aushärtenden Vergussmasse nutzen.
  • Der Einsatz eines dünnwandigen Spulenträgers beugt bei der Handhabung seiner Bauteile auftretender - auch geringfügiger - Beschädigungen der Bauteile während der Montage vor, die einen erheblichen Effekt auf die spätere Funktionsfähigkeit einer zusammengebauten Elektromagnetspule haben können.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung gestattet ein Zusammenspiel von wohldefinierten, gleichmäßig verlaufenden Zwischenräumen zwischen Spule und Magnettopf, wodurch das Vergießen/Einspritzen einer fließfähigen Masse begünstigt wird und hinsichtlich der Wärmeableitung optimierte Magneten zum Ergebnis hat.
    • Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend detaillierter beschrieben:
    • Es zeigt:
      Figur 1
      ein an der den Kontaktdurchführungen gegenüberliegenden Seite offenen Spulenträger,
      Figur 2
      einen Spulenträger gemäß Figur 1 mit einem angeformten Bodenbereich,
      Figur 3
      einen Spulenträger mit geschlitzten Einführröhren zur Aufnahme der Kontaktfahnen und
      Figur 4
      eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Darstellung eines Magnettopfes mit darin eingelassenem dünnwandigen Spulenträger.
    Ausführungsvarianten
  • Figur 1 ist die Darstellung eines an der den Kontaktdurchführungen gegenüberliegenden Seite offen beschaffenen Spulenträgers zu entnehmen.
  • Der Spulenträger 1 gemäß der Darstellung in Figur 1 wird bevorzugt aus eine Hochleistungsthermoplasten bzw. einem duroplastischen Material mit TG ≥ 120°C gefertigt, wobei TG die Glasübergangstemperatur bezeichnet, bei der der Übergang zur Plastifizierung beginnt Dem verwendeten thermoplastischen Material, sei es ein Hochleistungsthermoplast oder ein duroplastisches Material sind zur Verbesserung des Wärmeleitverhaltens Mineralfüllstoffe beigemischt.
  • Der dünnwandige Spulenkörper 1 umfasst in seinem unteren Bereich einen Mantel 2, der in einem offenen Ende 4 ausläuft. Die Oberseite des Mantelbereichs des dünnwandigen Spulenträgers 1 wird durch ein ringförmiges Deckelelement 3 begrenzt. Mit Bezugszeichen 5 ist die Wandstärke des Mantelbereiches des dünnwandigen Spulenträgers 1 bezeichnet, welche vorzugsweise im Bereich zwischen 200 und 300 µm ausgebildet ist und besonders bevorzugt unterhalb dieses Bereiches liegt. Auf der dem offenen Ende 4 abgewandten Seite des ringförmigen Deckelabschnitts 3 des dünnwandigen Spulenträgers 1 sind voneinander beabstandet zwei röhrenförmige Kontaktführungen 6 bzw. 7 angeformt. Die röhrenförmig konfigurierten Kontaktführungen 6 bzw. 7 erstrecken sich parallel zur Achse 9 des dünnwandigen Spulenträgers 1 gemäß der Darstellung in Figur 1. Anstelle der in Figur 1 dargestellten, sich parallel zur Achse 9 erstreckenden Kontaktführung 6 bzw. 7, kann deren Lage beliebig im Umkreis des Deckelabschnittes 3 liegen. In dieser Ausführungsvariante eines dünnwandigen Spulenträgers sind die röhrenförmig beschaffenen Kontaktführungselemente in einer ersten Länge 8 ausgebildet. An ihrer Oberseite umfassen die röhrenförmig konfigurierten Kontaktführungselemente 6 bzw. 7, die an die Ringfläche des ringförmigen Deckelabschnitts 3 des dünnwandigen Spulenträgers 1 angespritzt sein können, Stirnseiten 10. Von den Stirnseiten 10 der röhrenförmig konfigurierten Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 erstrecken sich axiale Schlitzungen 11, die parallel zur Achse 9 des dünnwandigen Spulenträgers 1 verlaufen. Die Schlitzungen 11 können sich sowohl über die gesamte erste Länge 8 der röhrenförmig ausgebildeten Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 erstrecken; daneben ist es auch möglich, die Schlitzungen 11 in den Mantelflächen der röhrenförmig konfigurierten Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 nur über einen Teilbereich von deren erster Länge 8 auszubilden.
  • Der Innendurchmesser der röhrenförmigen Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 ist mit Bezugszeichen 12 bezeichnet und auf die Außenabmessungen von in Figur 1 nicht dargestellten Kontaktfahnen 32 (vgl. Darstellung in Figur 3) abgestimmt. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Innendurchmesser des dünnwandigen Spulenträgers mit Bezugszeichen 13 bezeichnet ist. Der Innendurchmesser 13 des dünnwandigen Spulenträgers ist auch - obwohl hier im Bereich des ringförmigen Deckelabschnitts 3 eingezeichnet - für den Innendurchmesser im Bereich des Mantelabschnitts 2 des dünnwandigen Spulenträgers 1 maßgebend.
  • Figur 2 zeigt einen Spulenträger gemäß der Darstellung in Figur 1, jedoch mit einem zusätzlich angeformten Bodenteil.
  • Die in Figur 2 angegebene weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen dünnwandigen Spulenträgers ist mit Bezugszeichen 20 gekennzeichnet. Die weitere Ausführungsvariante gemäß der Darstellung in Figur 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsvariante gemäß der Darstellung in Figur 1 durch einen im unteren Bereich des dünnwandigen Spulenträgers 20 angeformten Bodenbereich 21. Der Abstand des ringförmigen Deckelabschnitts 3 in axiale Richtung vom an der Unterseite einer Außenmantelfläche 23 angeformten Bodenbereich 21 ist mit Bezugszeichen 22 bezeichnet.
  • Analog zur Darstellung in Figur 1 ist der Außenmantelflächenabschnitt 23 des dünnwandigen Spulenträgers 20 gemäß der Darstellung in Figur 2 in einem inneren Durchmesser 13 beschaffen.
  • An der Oberseite des ringförmig konfigurierten Deckelabschnitts 3 des dünnwandigen Spulenträgers 20 sind in analoger Weise zur ersten Ausführungsvariante in Figur 1 zwei sich parallel zur Achse 9 des dünnwandigen Spulenträgers 20 angeformte, erstreckende röhrenförmig ausgebildete Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 ausgebildet. Diese umfassen ebenfalls eine parallel zur Achse des dünnwandigen Spulenträgers 20 verlaufende Längsschlitzung 11, die über die gesamte erste Länge 8 der Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 ausgebildet sein kann. Die Längsschlitzung 11 in den Mantelflächen der röhrenförmig ausgebildeten Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 kann aber auch derart ausgebildet sein, dass sie sich nur über einen Teilbereich der ersten Länge 8 der röhrenförmigen Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 erstreckt.
  • Figur 3 zeigt einen dünnwandigen Spulenträger mit geschlitzten Kontaktführungselementen, in welchen eine Kontaktfahne aufgenommen ist.
  • Im Unterschied zur Darstellung der weiteren Ausführungsvariante gemäß Figur 2 sind die röhrenförmig konfigurierten Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 in einer zur ersten Länge 8 unterschiedlichen Länge 31 bzw. einer weiteren Länge in axiale Richtung parallel zur Achse 9 des dünnwandigen Spulenträgers 30 ausgebildet. Jedes der röhrenförmig konfigurierten Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 ist im wesentlichen mit einem kreisförmigen Querschnitt versehen, wobei in der Begrenzungswandung der Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 eine parallel zur Achse 9 des dünnwandigen Spulenträgers 30 sich erstreckende Längsschlitzung 11 ausgebildet sein kann. Das erste Kontaktführungselement 6 umfasst einen Absatz 33. In den Hohlraum des ersten Kontaktführungselementes 6, welches an der Oberseite des ringförmigen Deckelabschnitts 3 des dünnwandigen Spulenträgers 30 angeformt ist, ist in der Darstellung gemäß Figur 3 eine Kontaktfahne 32 eingelassen. Der sich oberhalb des Absatzes 33 erstreckende halbkreisförmig konfigurierte Abschnitt der Mantelfläche des ersten röhrenförmig konfigurierten Kontaktführungselementes 6 dient als Führungsfläche 34 für die aufzunehmende Kontaktfahne 32.
  • Das an der Oberseite des ringförmigen Deckelabschnitts 3 ausgebildete zweite Kontaktführungselement 7 ist in einer zweiten axialen Länge 31 ausgebildet, wobei dessen Stirnseite 10 etwa in Höhe des Absatzes 33 des ersten Kontaktführungselementes 6 liegt. Auch das zweite Kontaktführungselement 7 ist an seiner Mantelfläche mit einer Längsschlitzung 11 versehen, die von der Stirnseite 10 abwärts in Richtung auf die Oberseite des ringförmigen Deckelabschnitts 3 des dünnwandigen Spulenträgers 30 gemäß der Darstellung in Figur 3 verläuft. Analog zu den in Figur 1 und 2 erläuterten Ausführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen dünnwandigen Spulenträgers 1 bzw. 20 ist der Innendurchmesser 12 der Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 an den Außendurchmesser der Kontaktbahnen 32 angepasst. Der Innendurchmesser 13 des dünnwandigen Spulenträgers 1, 20 bzw. 30 ist an die Einbaugeometrie in einen Magnettopf 40 angepasst.
  • Die Wandstärke 5 des bevorzugt aus einem temperaturbeständigen Kunststoffmaterial, wie etwa Hochleistungsthermoplasten bzw. Duroplasten, versetzt mit Mineralfüllstoffen gefertigten dünnwandigen Spulenträger 1, 20 bzw. 30 liegt im Bereich zwischen 200 bis 300 µm, vorzugsweise darunter. Es stellen sich Fließweg/Wand-Verhältnisse 1/S ≤ 100 ein. Mit dem Fließweg/Wand-Verhältnis ist die relative Länge 1 im Verhältnis zur Breite s eines Zwischenraumes charakterisiert. Je größer dieses Verhältnis ist, desto schwieriger ist es, in einen derart dünnen und sich lang erstreckenden Raum eine Vergussmasse einzubringen, sei es Kunststoff, sei es ein anderes fließfähiges und später aushärtendes Material. Bei großen Fließweg/Wand-Verhältnissen ist es erforderlich, von außen starken Druck aufzubringen, um eine vollständige Füllung des durch ein Fließweg/Wand-Verhältnis ≤ 100 definierten Zwischenraum zu erreichen.
  • Durch das Anformen der röhrenförmig konfigurierten Kontaktführungselemente 6 bzw. 7 wird ein Einbauplatz für das Einführen der Kontaktfahnen 32, mit denen der Spulendraht der vom dünnwandigen Spulenträger 1, 20, 30 aufzunehmenden Magnetspule 41 elektrisch angeschlossen wird, vorgehalten. Der in den Ausführungsvarianten des dünnwandigen Spulenträgers gemäß der Darstellung in den Figuren 1 und 3 nicht dargestellte Spulendraht der Magnetspule kann mit einem Backlackdrahtüberzug versehen werden, welcher nach der Bewicklung des Spulenträgers 1, 20 bzw. 30 durch Beaufschlagung mit einem Stromstoss zur Erhöhung der Stabilität der Magnetspule gebacken werden kann. Nach Einbau einer solcherart präparierten Magnetspule in einen Magnettopf kann der dünnwandige Spulenträger 1, 20 bzw. 30 mit daran aufgenommener Magnetspule 41 in einen Magnettopf 40 eingelassen werden und präzise positioniert werden. Bei Spulen gemäß der Darstellung in Figur 2 hingegen ist eine Backlackdrahtüberziehung jedoch nicht unbedingt erforderlich.
  • Figur 4 zeigt die Darstellung eines teilweise aufgeschnittenen Magnettopfes mit darin aufgenommenem dünnwandigen Spulenträger.
  • Der dünnwandige Spulenträger 1, der in Figur 1 en Detail dargestellt ist, ist gemäß der Darstellung in Figur 4 eine Magnetspule 41 teilweise umschließend in einen Magnettopf 40 eingelassen. Die Mantelfläche 2 bzw. der Ringabschnitt 3 des dünnwandigen Spulenträgers 1 umschließen die Magnetspule 41 an ihrer Innenseite sowie im oberen Bereich zwischen der Außenseite der Magnetspule 41, die mittels eines Backlackdraht-Überzuges stabilisiert werden kann, und der Innenseite des Magnettopfes 40 ist ein Zwischenraum 42 ausgebildet. Ein weiterer Zwischenraum, bezeichnet mit Bezugszeichen 43 ist zwischen der Innenseite der Innenmantelfläche des dünnwandigen Spulenträgers 2 und der inneren Begrenzungswandung der Ringnut zur Aufnahme des Elektromagneten 41 und des dünnwandigen Spulenträgers 1 ausgebildet. In der teilweise geschnittenen Darstellung gemäß Figur 4 ist das erste Kontaktführungselement 6 mit Längsschnitt 11 erkennbar, welches eine Kontaktierungsmöglichkeit für die mit Bezugszeichen 32 gekennzeichneten Kontaktfahnen 32 bildet. Das erste Kontaktführungselement 6 bzw. das in Figur 4 durch dieses verdeckte zweite Kontaktführungselement stehen mit der hier nur schematisch angedeuteten Magnetspule 41 elektrisch leitend in Verbindung.
  • Durch den Einsatz eines dünnwandigen Spulenträgers 1, 20 bzw. 30, der aus einem temperaturbeständigen Material, vorzugsweise im Wege des Spritzgießverfahrens verarbeitbaren Kunststoff gefertigt ist, lassen sich sehr kleine Zwischenräume zwischen der Magnetspule 41 und der Innenseite eines Magnettopfes 40 erzielen. Die sich bei Einsatz eines dünnwandigen Spulenträgers 1, 20 bzw. 30 einstellenden Zwischenräume zwischen der Außenseite der Magnetspule 41 und der Innenseite des Magnettopfes 40 verlaufen gleichmäßig und gestatten ein gleichmäßiges Verfließen der in die Zwischenräume einzugießenden Vergussmasse. Ein Zwischenraum innen, Bezugszeichen 43, kann aufgrund der Toleranzen in den Abmessungen des Außendurchmessers eines Innenpols und des Innendurchmessers 13 der Spule entstehen. Es wird angestrebt, die Spule in den Magnettopf 40 ohne großen Widerstand einzuführen, d. h. ohne Berührung der Wände, da sonst Beschädigungsgefahr der Spulendrähte besteht. Der Zwischenraum außen, Bezugszeichen 42, wird innerhalb der Toleranzen durch die Konstruktion vorgegeben. Über das Vergießen/Umspritzen, d. h. das Einbringen eines fließfähigen Materials in diesen Zwischenraum, besteht die Möglichkeit den Zwischenraum auszufüllen.
  • Im Zusammenspiel eines hinsichtlich der Wärmeableitfähigkeit optimierten Werkstoffes, wie zum Beispiel Thermoplasten bzw. Duroplasten unter Beimischung eines hohen Anteils an Mineralfüllstoffen und einem in einem gleichmäßig ausgebildeten Zwischenraum 42 zwischen der Außenseite der Magnetspule 41 und der Innenseite des Magnettopfes 40 einzugießenden Werkstoffes lässt sich eine optimale Wärmeableitung durch die Mantelfläche des Magnettopfes 40 erzielen, was die Standfestigkeit sehr kleiner Magnetspulen 41 erheblich verlängert.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Spulenträger
    2
    Mantel
    3
    ringförmiger Deckelabschnitt
    4
    offenes Ende
    5
    Wandstärke
    6
    erstes Kontaktführungselement
    7
    zweites Kontaktführungselement
    8
    erste Länge Kontaktführungselement
    9
    Achse Spulenträger
    10
    Stirnseite Kontaktführungselement
    11
    Längsschlitzung
    12
    Innendurchmesser Kontaktführungselement
    13
    Innendurchmesser Spulenträger
    20
    Spulenträger
    21
    angeformter Bodenbereich
    22
    Axialabstand Deckel-Boden
    23
    Außenmantelfläche
    30
    Spulenträger
    31
    zweite Länge Kontaktführungselement
    32
    eingeführte Kontaktfahne
    33
    Absatz
    34
    Halbkreiskontur
    35
    Kontaktfahnenführungsfläche
    40
    Magnettopf
    41
    Magnetspule
    42
    Zwischenraum außen
    43
    Zwischenraum innen

Claims (11)

  1. Magnetanordnung mit einer Magnetspule (41), die von einem Magnettopf (40) umgeben ist und bei der die Magnetspule (41) mit Kontaktfahnen (32) elektrisch leitend verbunden ist und mit einem Spulenträger (1, 20, 30) mit daran angeformten, röhrenförmigen Kontaktführungselementen (6, 7), wobei ein Zwischenraum zwischen der Außenseite der Magnetspule und der Innenseite des Magnettopfes (40) ausgebildet ist, in welchen eine fließfähige Masse eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung einen dünnwandigen Spulenträger (1, 20, 30) mit einem dünnwandigen Mantelbereich (2, 23) mit einer Wandstärke (5) von weniger als 300 µm aufweist, welcher von der Magnetspule (41) umgeben ist, wobei der dünnwandige Spulenträger (1, 20, 30) aus einem mit mineralischen Füllstoffen versetzten temperaturbeständigen Kunststoffmaterial gefertigt ist.
  2. Magnetanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturbeständige Kunststoffmaterial ein Hochleistungsthermoplast mit TG ≥ 120°C ist.
  3. Magnetanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturbeständige Kunststoffmaterial ein duroplastisches Material mit TG ≥ 120°C ist.
  4. Magnetanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (5) des dünnwandigen Mantelbereichs (2, 23) unterhalb von 200 µm liegt.
  5. Magnetanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dünnwandige Spulenträger (1, 30) an dem den Kontaktführungselementen (6, 7) gegenüberliegenden Ende (4) offen ausgebildet ist.
  6. Magnetanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dünnwandige Spulenträger (20) an dem den Kontaktführungselementen (6, 7) gegenüberliegenden Ende ein angeformtes Bodenteil (21) umfasst.
  7. Magnetanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktführungselemente (6, 7) an einem ringförmigen Deckelabschnitt (3) des dünnwandigen Spulenträgers (1, 20, 30) aufgenommen sind und sich parallel zur Achse (9) des dünnwandigen Spulenträgers (1, 20, 30) erstrecken.
  8. Magnetanordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktführungselemente (6, 7) eine Längsschlitzung (11) aufweisen, die von ihrer oberen Stirnseite (10) bis zum ringförmigen Deckelabschnitt (3) des dünnwandigen Spulenträgers (1, 20, 30) verläuft.
  9. Magnetanordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktführungselemente (6, 7) jeweils einen als halbkreisförmige Schale (34) ausgebildeten Führungsabschnitt (35) für die Kontaktfahnen (32) umfassen.
  10. Magnetanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fließweg/Wand-Verhältnis des dünnwandigen Spulenträgers (1, 20, 30) ≤ 100 beträgt.
  11. Magnetanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulendraht der Magnetspule (41) mit einem Backlacküberzug versehen ist, mit welchem der Spulendraht der Magnetspule (41) zur Erhöhung der Stabilität der Spule verbackbar ist.
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