EP1544871A2

EP1544871A2 - Electromagnetic device

Info

Publication number: EP1544871A2
Application number: EP04024129A
Authority: EP
Inventors: Wilfried Zücker; Andreas Holtrup; Meinolf Becker
Original assignee: Moeller GmbH; Eaton Industries GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2004-10-09
Publication date: 2005-06-22
Also published as: DE10359640B3; EP1544871A3; JP2005183967A; CN1629987A

Abstract

The electromagnet device (100) has a drive coil with a stationary magnetic yoke (10) and a movable armature (60), one or both provided with a coating (30) of an impact-resistant material, e.g. an impact-resistant lacquer or enamel filling the working air-gap (22), applied via an electrostatic or vapor deposition coating method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromagnetanordnung, insbesondere für den Einsatz in einem elektrischen Schaltgerät oder als Magnetantrieb.The invention relates to an electromagnet arrangement, in particular for use in an electrical switching device or as a magnetic drive.

Elektromagnete, die insbesondere bei Schützen benutzt werden, gibt es in verschiedenen Formen. Wenn solche Elektromagnete zwei Polflächenpaare umfassen, beispielsweise bei einem U-förmigen Magnetjoch mit einem stabförmigen, das Magnetjoch schließenden Anker oder bei E-förmigen Magnetteilen, ist die relative Anpassung der Position der Polflächenpaare notwendig. Weiterhin liegen bei solchen Elektromagneten - beispielsweise in DE 10214992 A1 - mindestens zwei Arbeitsluftspalte vor, wodurch die Größe der Verlustleistung mitbestimmt ist.Electromagnets that are used in particular in contactors, there are in different To shape. If such electromagnets comprise two pairs of pole faces, for example in a U-shaped yoke with a rod-shaped, the magnetic yoke closing armature or E-shaped magnet parts, the relative adjustment of Position of the pole surface pairs necessary. Furthermore lie with such electromagnets - For example, in DE 10214992 A1 - at least two working air gaps, whereby the Size of power dissipation is determined.

Arbeitsluftspalte werden bekanntermaßen mit einer unmagnetischen Zwischenlage gefüllt, beispielsweise mit Papier, Hartpapier, Metall- (Stahl oder Messing) oder Kunststofffolie. Das Aufbringen der Füllfolien ist arbeitsaufwendig, da jedes Magnetteil einzeln behandelt werden muss. Hinweise auf unmagnetische Zwischenlagen finden sich beispielsweise in den Schriften DE-OS 3700488; DE 8028553 U; DE-PS 3008599.Working air gaps are known to be filled with a non-magnetic intermediate layer, For example, with paper, hard paper, metal (steel or brass) or plastic film. The application of the filling foils is labor-intensive, since each magnet part is treated individually must become. References to non-magnetic spacers can be found, for example in the specifications DE-OS 3700488; DE 8028553 U; DE-PS 3008599.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen beschichteten Elektromagneten anzugeben, bei dem die Beschichtung bezüglich ihrer Herstellung verbessert ausgeführt ist, was insbesondere auch für die Luftspaltfüllung gelten soll.The invention has for its object to provide a coated electromagnet, in which the coating is improved with respect to its manufacture is what should apply in particular for the air gap filling.

Ausgehend von Elektromagneten der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.Starting from electromagnets of the type mentioned above, the object is achieved according to the invention solved by the characterizing features of the independent claim, during the dependent claims advantageous developments of the invention are removed.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Magnetteile der Elektromagnetanordnung mit einer schlagfesten Beschichtung überzogen sind. Vorzugsweise soll ein Lack, eine Glasur, eine Email oder eine diamantähnliche Kohlenstoffschicht eingesetzt werden.The essence of the invention is that the magnetic parts of the solenoid assembly coated with an impact-resistant coating. Preferably, a paint, a Glaze, an enamel or a diamond-like carbon layer can be used.

Die vorgeschlagene Anordnung hat mehrere Vorteile: Die Beschichtung kann an einer Vielzahl von Magnetteilen, insbesondere mit einem elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren oder einem P.V.D-Verfahren (physical vapour deposition) in einem einzigen Arbeitsgang vorgenommen werden. Wohingegen die Behandlung für jedes Einzelteil (Auflöten oder Bekleben mit Folie - welcher Art auch immer) aus mehreren Arbeitsgängen besteht.The proposed arrangement has several advantages: The coating can on a Variety of magnetic parts, in particular with an electrostatic powder coating process or a P.V.D (physical vapor deposition) method in a single Operation be made. Whereas the treatment for each item (Soldering or pasting with foil - of whatever kind) from several operations consists.

Weiterhin liefert die vorgesehene Beschichtung einen wirksamen Korrosionsschutz, wodurch ein Zusatznutzen entsteht.Furthermore, the proposed coating provides effective corrosion protection, thereby An added benefit arises.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen in folgenden Merkmalen.Further advantageous embodiments consist in the following features.

In Magnetanordnungen sind Führungseinrichtungen bekannt, die die Bewegung des Ankers leiten oder dessen Auslenkung begrenzen. Solche Einrichtungen können am Anker und/oder im Gehäuse ausgebildete Nute und Führungsstifte sein, oder es können auf den Anker aufgeklebte oder an ihm befestigte Elemente sein. Die Beschichtung an Führungseinrichtungen zwischen Anker und Magnetjoch oder zwischen Anker und Ankerführungselementen kann ausgespart sein.In magnet arrangements guide means are known which control the movement of the armature guide or limit its deflection. Such devices can be at anchor and / or be formed in the housing groove and guide pins, or it can on be the anchor glued or attached to him elements. The coating on guide devices between armature and magnetic yoke or between armature and armature guide elements can be omitted.

Die Gleitflächen können demgegenüber aber auch mit einer schlagfesten Beschichtung versehen sein, so dass deren hohe Härte, geringer Reibungswiderstand und hohe Oberflächenebenheit sich für die Führung des bewegbaren Ankers vorteilhaft auswirken. Mit einer besonders glatten Beschichtung lassen sich enge Toleranz ausbilden. Es ist also vom jeweiligen Anwendungsfall abhängig, ob Gleitflächen und/oder Führungseinrichtungen beschichtet werden oder nicht.In contrast, the sliding surfaces can also with an impact-resistant coating be provided so that their high hardness, low frictional resistance and high surface flatness advantageous for the leadership of the movable anchor. With A particularly smooth coating can form close tolerance. So it is depending on the particular application, whether sliding surfaces and / or guide devices be coated or not.

Die Beschichtung kann im elektrostatischen Pulverbeschichtungsverfahren aufgebracht werden. Die Vorteile der Pulverbeschichtung neben den bekannten Vorteilen sind im Bereich der vorgesehenen Anwendung: hoher Korrosionsschutz und Stoß und Schlagfestigkeit. Eine besondere Schichtqualität erreicht man mit dem P.V.D-Verfahren, insbesondere wenn damit diamantähnlicher Kohlenstoff aufgetragen wird.The coating can be applied in the electrostatic powder coating process become. The advantages of the powder coating in addition to the known advantages are in Range of intended use: high corrosion protection and shock and impact resistance. A special layer quality can be achieved with the P.V.D method, in particular when diamond-like carbon is applied.

Die Dicke der Beschichtung (vorzugsweise als Email) im Remanenzluftspalt sollte in Abhängigkeit von der Haltespannung eingestellt sein. Beispielsweise kann die Dicke dort 100 bis 300 µm betragen, was bei einer Betriebsspannung von 24 Volt sowohl für AC- als auch DC-Magnetsysteme ein typischer Wert ist. Dem Fachmann sind diesbezügliche Parameter bekannt, so dass die Erfindung auf bestimmte Schichtdicken nicht beschränkt wird. The thickness of the coating (preferably as enamel) in the remanence air gap should depend on be set by the holding voltage. For example, the thickness can be there 100 to 300 microns, which at an operating voltage of 24 volts for both AC and as well as DC magnet systems is a typical value. The expert is in this regard Parameter known so that the invention is not limited to certain layer thicknesses becomes.

Die genannten Merkmale können allein oder untereinander kombiniert mit dem im Hauptanspruch genannten Merkmal verwirklicht sein.The features mentioned can be combined alone or with each other in the Main claim mentioned feature be realized.

Testläufe einer mit schlagfester Email beschichteten Elektromagnetanordnung, bei der der Anker jeweils auf die Polflächen im Remanenzluftspalt aufschlug, zeigten nach 2 Millionen Betätigungen keine Beschädigung oder Abrieb.Test runs of a shock-resistant enamel-coated electromagnet arrangement, in which the anchor each hit the pole faces in the remanence air gap, showed after 2 Millions of actuations no damage or abrasion.

Der typische Ablauf einer Pulverbeschichtung umfasst folgende Schritte. Die Teile werden zunächst von Fett und Schmutz befreit und mit einer Phosphatschicht, oder Chromatschicht überzogen, die als Korrosionsschutz und Haftvermittler dient. Anschliessend werden die Teile gespült und getrocknet, um eine optimale Oberflächenreinheit zu garantieren. Eine Grundierung entfällt. Da mit Pulverbeschichtung Dicken von 40 bis 200 µm in einem Arbeitsgang erzielbar sind, reicht ein einziger Arbeitsgang.The typical sequence of a powder coating comprises the following steps. The parts will be first freed of grease and dirt and with a phosphate layer, or chromate layer coated, which serves as a corrosion protection and adhesion promoter. Subsequently the parts are rinsed and dried to ensure optimum surface cleanliness. A primer is omitted. As with powder coating thicknesses of 40 to 200 microns in a single operation are achievable, one single operation is enough.

Die elektrostatische Pulverbeschichtung beruht darauf, dass sich entgegengesetzt geladene Teilchen - das Pulver einerseits und das Werkstück andererseits - anziehen. Seine elektrische Ladung erhält das trockene Pulver beim Sprühen über eine Elektrode, die sich in der Sprühpistole befindet. Das Werkstück ist geerdet. Zwischen Pistole und Werkstück bildet sich das elektrische Feld aus. Die Pulverpartikel werden unterstützt von Druckluft im elektrischen Feld gerichtet zur Werkstückoberfläche transportiert.The electrostatic powder coating is based on oppositely charged Particles - the powder on the one hand and the workpiece on the other - tighten. His Electric charge receives the dry powder when spraying through an electrode, the is in the spray gun. The workpiece is grounded. Between gun and Workpiece forms the electric field. The powder particles are supported by Air transported in the electric field directed to the workpiece surface.

Die beschichteten Werkstücke gelangen über ein Transportsystem zum Einbrennofen. In diesem wird die Pulverschicht durch Wärme zu einem geschlossenen Film umgeformt. Bei dem thermischen Vorgang (Sintern des Glas-, des Email-Pulvers oder Vernetzen des Lack-Pulvers) entsteht die Beschichtung. Je nach Ausgangsmaterial sind die thermischen Parameter entsprechend einzustellen. Die Vernetzung von Lacken erfolgt - je nach Pulverart - bei Temperaturen von 140 - 200 °C. Das Sintern von Email erfolgt bei Temperaturen oberhalb von 600 °C.The coated workpieces reach the baking oven via a transport system. In this is the powder layer is transformed by heat to a closed film. In the thermal process (sintering of the glass, enamel powder or crosslinking of the Lacquer powder) is the coating. Depending on the starting material are the thermal Set parameters accordingly. The networking of paints takes place - ever by powder - at temperatures of 140 - 200 ° C. The sintering of email takes place at Temperatures above 600 ° C.

Die besonderen Vorteile der Pulverbeschichtung sind: umweltfreundliche Industrielackierung, hohe Materialausbeute; über Rückgewinnungseinrichtungen kann die Wiederzuführung in den Pulverkreislauf erfolgen; es werden keine Lösungsmittel verwendet; kurze Beschichtungszeit; gleichmäßiger Aufbau der Schichtdicke in einem Arbeitsgang; beste Oberflächeneigenschaften. Pulverbeschichtung erlauben die Herstellung verschiedener Oberflächenstrukturen, vorzugsweise wird für die Anwendung bei Magnetsystemen eine glatte Oberfläche angestrebt, weil es auf gute Dickenkonstanz ankommt. The special advantages of the powder coating are: environmentally friendly industrial coating, high material yield; About recovery facilities, the refeed done in the powder circuit; no solvents are used; short Coating time; uniform structure of the layer thickness in a single operation; best surface properties. Powder coating allow the production of various Surface structures, preferably for use in magnetic systems a smooth surface sought, because it depends on good thickness constancy.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, einzigen Figur. Sie zeigt eine MagnetanordnungFurther details and advantages of the invention will become apparent from the following, single Figure. It shows a magnet arrangement

In der Figur sind von der Magnetanordnung nicht gezeigt: ein Gehäuse, Kupplungselemente für einen Antriebsmechanismus, eine Antriebsspule mit Spulenkörper und Erregerwicklung.In the figure are not shown by the magnet assembly: a housing, coupling elements for a drive mechanism, a drive coil with bobbin and excitation winding.

Die Magnetteile (Joch 10 und Anker 60) der Magnetanordnung bestehen aus Stanzblech-Paketen und haben rechteckigen Querschnitt. Die Pakete sind ohne Deckbleche vernietet (Niete 16). Das C-förmige Magnetjoch 10 besitzt zwei Seitenschenkel 11, die parallel zueinander ausgerichtet und durch einen Mittelsteg 12 miteinander verbunden sind. Die Enden der Seitenschenkel 11 tragen Flussleitstücke 14, die nach innen zum Anker hin gerichtet und dicht an den Magnetanker herangeführt sind, so dass dort je ein parasitärer Luftspalt 23 vorhanden ist. Die Weite des parasitären Luftspalts beträgt wenige Zehntel mm. Die Einhaltung der Luftspaltweite während der Ankerbewegung sollte über präzise Führungselemente 40 oder - vorzugsweise - durch die schlagfeste Oberflächenschicht 30 gewährleistet werden. Pulverbeschichtung liefert diese Schicht in den parasitären Luftspalten 23 in einem Schritt. Eine hochglatte Beschichtung minimiert die Reibung im Luftspalt. Durch mit Bezugszeichen 40 angedeutete Führungseinrichtungen wird der Magnetanker während des Verschiebungshubs geleitet.The magnet parts (yoke 10 and armature 60) of the magnet assembly consist of stamped sheet packages and have rectangular cross-section. The packages are without cover plates riveted (rivet 16). The C-shaped magnetic yoke 10 has two side legs 11, the aligned parallel to each other and connected by a central web 12 together are. The ends of the side legs 11 carry flux guides 14, the inward to Anchors are directed towards and close to the magnet armature are introduced, so that there ever a parasitic air gap 23 is present. The width of the parasitic air gap is few Tenths of a millimeter. Compliance with the air gap width during the anchor movement should via precise guide elements 40 or - preferably - by the impact-resistant surface layer 30 are guaranteed. Powder coating provides this layer in the parasitic air gaps 23 in one step. A highly smooth coating minimizes the Friction in the air gap. By indicated by reference numeral 40 guide means the armature is routed during the displacement stroke.

Der stabförmige Magnetanker 60 wird in Richtung auf den Mittelsteg 12 des Magnetjochs mit einem entsprechenden Hub im Arbeitsluftspalt bewegt. Das freie Ende des Ankers ist auf die Mitte des Mittelstegs 12 des Magnetjochs gerichtet. Der Arbeitsluftspalt 65 ist dort keilförmig ausgebildet. Seine Grenzflächen bestimmen den magnetischen Widerstand. Die Kopfseite 66 des Magnetankers 60 trägt eine Nut 80 zur Einführung von nicht dargestellten Kupplungselementen für den Antriebsmechanismus. Der Magnetanker 60 wird von einer nicht dargestellten Antriebsspule mit Spulenkörper und Erregerwicklung umfasst.The rod-shaped armature 60 is in the direction of the central web 12 of the magnetic yoke moved with a corresponding stroke in the working air gap. The free end of the anchor is directed to the center of the central web 12 of the magnetic yoke. The working air gap 65 is there wedge-shaped. Its interfaces determine the magnetic resistance. The head side 66 of the armature 60 carries a groove 80 for insertion of not shown Coupling elements for the drive mechanism. The armature 60 is comprising a drive coil with bobbin and field winding, not shown.

Die Summe der Materialdicken der mit 15 und 15' bezeichneten Flächen bestimmt den Remanenzluftspalt. Die Flächen schlagen gegeneinander auf. In der Regel sind die Anschlagflächen symmetrisch nur am Anker oder nur am Magnetjoch angeordnet. Mit der auf den Flächen ausgebildeten erfindungsgemäßen Beschichtung wird die elektromagnetische Eigenschaft des Remanenzluftspalts bestimmt. Die Materialdicke im Remanenzluftspalt wird in Abhängigkeit einer vorbestimmten Abfallspannung dimensioniert.The sum of the material thicknesses of the areas designated 15 and 15 'determines the Remanence. The surfaces hit against each other. As a rule, the stop surfaces arranged symmetrically only at the anchor or only on the magnetic yoke. With the formed on the surfaces of the invention coating is the electromagnetic Property of the remanence air gap determined. The material thickness in the remanence air gap is dimensioned in dependence of a predetermined drop voltage.

Claims

Electromagnet arrangement, in particular for use in an electrical switching device, with a drive coil, with a fixed magnetic yoke (10) and a movable armature (60), characterized in that the magnetic yoke (10) and / or the armature (60) has a coating ( 30) made of an impact-resistant material

Electromagnet arrangement according to claim 1, characterized in that the coating (30) is a lacquer, a glaze, an enamel or a diamond-like carbon layer.

Electromagnet arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the coating (30) is applied by means of electrostatic powder coating or by means of PVD coating.

Electromagnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the coating (30) is recessed on guide means (40) between armature (60) and magnetic yoke (10) or between armature and armature guide elements.

Electromagnet arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coating (30) on guide means (40) between the armature (60) and magnetic yoke (10) or between the armature and armature guide elements is present.

Electromagnet arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the electromagnet arrangement between at least one pole face (15 ') of the magnetic yoke (10) and at least one pole face (15) of the armature (60) a remanence air gap (22) is formed which is non-magnetic Material is filled and this is a impact-resistant paint, a shock-resistant glaze, an impact-resistant enamel or a diamond-like carbon layer.

Electromagnet arrangement according to claim 6, characterized in that the thickness of the filling material (15, 15 ') is adjusted as a function of the dropping voltage.

Electromagnet arrangement according to the preceding claim, characterized in that the thickness is 150 to 250 μm.