WO2017032441A1 - Elektromagnet und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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Jürgen Schonlau
Marc Leinweber
Michael Ermert
Christian HÄBERLE
Christian Mohncke
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Thomas Magnete Gmbh
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    • H01F2007/085—Yoke or polar piece between coil bobbin and armature having a gap, e.g. filled with nonmagnetic material

Definitions

  • the invention relates to an electromagnet according to the preamble of the first claim.
  • Electromagnets that convert an electric current into a mechanical force are known, for example from the document
  • Such electromagnets usually consist of a stator and a stator
  • pole core which is adjacent to the armature and defines a variable axial air gap between it and the armature.
  • the yoke advantageously also stores the anchor.
  • Electromagnets are the yoke and the pole core and a spacer soldered together and together form a pole tube.
  • the spacer ring is made of a metallic material with very low magnetic conductivity, while the yoke and the pole core of
  • the low magnetic conductivity of the spacer is required to avoid a magnetic short across the axial air gap.
  • Execution can be made at a lower cost, but it has a significantly higher hysteresis of variable stroke force.
  • the low hysteresis of the variable stroke force of the electromagnet is achieved by geometrically designing the yoke and the pole core as is conventional in the example with the brazed pole tube and by supporting the armature in the yoke.
  • a spool core which consists of the yoke, the pole core, a pole piece and the plastic mass with which the metallic parts are encapsulated or surrounded.
  • the plastic mass also fulfills the task of connecting the metallic parts of the spool with each other.
  • the yoke has a flange which is molded or pressed on as a separate component.
  • the gap between the yoke and the pole core is filled with the plastic mass.
  • the coil core thus produced is wrapped with the magnetic coil and enclosed with a housing, which also has the property of
  • the yoke is provided with a perforated end disc, either by welding the disc to the yoke or by pressing the disc into the yoke.
  • Electromagnets of the type described are used for actuating fluid valves or clutches, preferably in vehicles or in mobile working machines.
  • Fig. 1 shows the electromagnet in section.
  • the electromagnet (1) according to FIG. 1 consists of at least one magnetic coil (2) wound on a coil core (6), a housing (3)
  • the coil core (6) contains the yoke (7), the pole core (4) and the
  • Interspace (10) between the yoke (7) and the pole core (4) is filled with the plastic mass.
  • the pole core (4) is comprised of a core flange (14) which conducts the magnetic flux from the housing (3) to the pole core (4).
  • the pole core and the core flange are made in one piece.
  • the yoke (7) comprising the armature (5) is provided with a flange (15). equipped, which conducts the magnetic flux from the housing (3) to the armature (5).
  • the flange and the yoke are two parts through
  • an end plate (12) is welded, which serves the anchor (5) as a stop and a hole or a plurality of holes (13).
  • the end plate (12) is joined by pressing into the yoke (7).
  • the housing (3) comprises the magnetic coil (2) and the yoke (7).

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Abstract

1. Elektromagnet 2. Kurzfassung 2.1 Aufgabe: Der Elektromagnet, mindestens bestehend aus einer auf einen Spulenkern (6) gewickelten Magnetspule (2), einem Gehäuse (3), einem Polkern (4), einem Anker (5), einer Ankerstange (16) und einem Joch (7), soll bei geringen Herstellkosten eine sehr geringe Hysterese der Kraft bei variablem Hub aufweisen. 2.2 Lösung: Der der Spulenkern (6) ist durch ein gemeinsames Umspritzen oder Umgießen des Jochs (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoff masse (8) hergestellt, wobei der axiale Zwischenraum (10) zwischen dem Joch (7) und dem Polkern (4) auch mit der Kunststoffmasse ausgefüllt ist. 2.3 Anwendung: Elektromagnete der beschriebenen Art werden zur Betätigung von Fluidventilen oder Kupplungen verwendet, vorzugsweise in Fahrzeugen oder in mobilen Arbeitsmaschinen.

Description

Elektromagnet und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Elektromagnete, die einen elektrischen Strom in eine mechanische Kraft wandeln, sind bekannt, zum Beispiel aus der Druckschrift
DE 10 2012 022 254 B3.
Solche Elektromagnete bestehen üblicherweise aus einem Stator und einem
Anker, wobei der Stator aus einer Magnetspule zur Erzeugung eines
magnetischen Flusses und aus Flussleitelenienten besteht.
Ein wichtiges Flussleitelement ist der Polkern, der dem Anker benachbart ist und zwischen ihm und dem Anker einen variablen axialen Luftspalt begrenzt.
An dem axialen Luftspalt wirkt die Kraft des Magneten.
Um in einem gewissen Hubbereich eine zu dem Strom proportionale Kraft unabhängig von dem Hub zu erreichen, verwendet man beispielsweise einen
Polkern mit einem angeformten Konus.
Andere wesentliche Flussleitelemente sind der Kernflansch, das Gehäuse und das Joch, die den magnetischen Fluss um die Magnetspule und zum Anker leiten.
Das Joch lagert vorteilhafterweise auch den Anker.
In älteren bekannten Ausführungen von proportionalwirkenden
Elektromagneten sind das Joch und der Polkern sowie ein Distanzring miteinander verlötet und bilden zusammen ein Polrohr.
Dabei ist der Distanzring aus einem metallischen Werkstoff mit sehr geringer magnetischer Leitfähigkeit hergestellt, während das Joch und der Polkern aus
Werkstoffen mit sehr hoher magnetischer Leitfähigkeit hergestellt sind.
Die geringe magnetische Leitfähigkeit des Distanzstücks ist erforderlich, um einen magnetischen Kurzschluss über den axialen Luftspalt hinweg zu vermeiden.
Die oben beschriebene Ausführung mit einem verlöteten Polrohr erreicht eine hervorragende Linearität der Wandlung zwischen Strom und Kraft sowie eine geringe Hysterese der Kraft bei variablem Hub, aber sie weist hohe
Herstellkosten auf.
Eine alternative bekannte Ausführung weist ein dünnes Polrohr aus
austenitischem Eisen auf, das der Lagerung des Ankers dient. Diese
Ausführung ist zu geringeren Kosten herstellbar, aber sie weist eine erheblich höhere Hysterese der Kraft bei variablem Hub auf.
Aufgabe:
Es soll ein Elektromagnet beschrieben werden, der bei geringen Herstellkosten eine sehr geringe Hysterese der Kraft bei variablem Hub aufweist.
Lösung:
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, in Verbindung mit den Merkmalen der Unteransprüche.
Der letzte Anspruch beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines
erfindungsgemäßen Elektromagneten.
Die geringe Hysterese der Kraft des Elektromagneten bei variablem Hub wird erreicht, indem das Joch und der Polkern geometrisch so ausgeführt werden, wie es bei dem Beispiel mit dem gelöteten Polrohr üblich ist, und indem der Anker in dem Joch gelagert wird.
Allerdings wird kein metallisches Distanzstück zwischen dem Joch und dem Polkern verwendet. Stattdessen wird der Zwischenraum zwischen dem Joch und dem Polkern mit Kunststoff ausgefüllt.
Statt eine Magnetspule mit einem eigenen Spulenkern aus Kunststoff über ein Polrohr zu fügen, wird hier ein Spulenkern verwendet, der aus dem Joch, dem Polkern, einer Polscheibe und der Kunststoffmasse besteht, mit der die metallischen Teile umspritzt oder umgössen sind.
Die Kunststoff masse erfüllt auch die Aufgabe, die metallischen Teile des Spulenkerns miteinander zu verbinden.
Das Joch weist einen Flansch auf, der angeformt oder als gesondertes Bauteil aufgepresst ist.
Bei dem Spritz- oder Gießprozess wird auch der Zwischenraum zwischen dem Joch und dem Polkern mit der Kunststoffmasse ausgefüllt. Der so hergestellte Spulenkern wird mit der Magnetspule umwickelt und mit einem Gehäuse umschlossen, das auch die Eigenschaft eines
Eisenrückschlusses aufweist.
Durch das Umwickeln des Spulenkerns verformt sich sein innerer Durchmesser, der deshalb nach dem Umwickeln mechanisch durch Reiben nachgearbeitet werden muss, denn dieser innere Durchmesser dient der Lagerung des Ankers. Anschließend werden die Ankerstange in den Polkern und der Anker in das Joch gefügt.
Schließlich wird das Joch durch eine mit Löchern versehene Endscheibe versehen, entweder durch ein Anschweißen der Scheibe an das Joch oder durch ein Einpressen der Scheibe in das Joch.
Anwendung:
Elektromagnete der beschriebenen Art werden zur Betätigung von Fluidventilen oder Kupplungen verwendet, vorzugsweise in Fahrzeugen oder in mobilen Arbeitsmaschinen.
Bilder:
Fig. 1 zeigt den Elektromagneten im Schnitt. Beispielhafte Ausführung:
Der Elektromagnet (1 ) gemäß Fig. 1 besteht mindestens aus einer auf einen Spulenkern (6) gewickelten Magnetspule (2), einem Gehäuse (3), einem
Polkern (4), einem Anker (5) mit einer Ankerstange (16) und einem Joch (7). Der Spulenkern (6) enthält das Joch (7), den Polkern (4) und den
Kernflansch (14), wobei der Spulenkern (6) durch ein gemeinsames Umspritzen oder Umgießen des Jochs (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoff masse (8) hergestellt ist und wobei der axiale
Zwischenraum (10) zwischen dem Joch (7) und dem Polkern (4) auch mit der Kunststoff masse ausgefüllt ist.
Der Polkern (4) ist von einem Kernflansch (14) umfasst, der den Magnetfluss von dem Gehäuse (3) zu dem Polkern (4) leitet. Alternativ sind der Polkern und der Kernflansch einstückig ausgeführt.
Das den Anker (5) umfassende Joch (7) ist mit einem Flansch (15) ausgestattet, der den Magnetfluss von dem Gehäuse (3) zu dem Anker (5) leitet. Alternativ sind der Flansch und das Joch zwei Teile, die durch
Verpressen gefügt sind.
An das Joch (7) ist eine Endscheibe (12) geschweißt, die dem Anker (5) als Anschlag dient und ein Loch oder eine Mehrzahl von Löchern (13) aufweist. Alternativ zum Schweißen ist die Endscheibe (12) durch ein Einpressen in das Joch (7) gefügt.
Das Gehäuse (3) umfasst die Magnetspule (2) und das Joch (7).
Zur Herstellung des Elektromagneten sind mindestens die folgenden Schritte vorgesehen:
• Umspritzen oder Umgießen des Joches (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoffmasse (8) zur Herstellung des Spulenkerns (6)
• Bewickeln des Spulenkerns (6) mit der Magnetspule (2)
• Fügen des Gehäuses (3) um das Joch (7) und die Magnetspule (2)
• Reiben des Innendurchmessers (11 ) des Spulenkerns (6)
• Fügen der Ankerstange (16) und des Ankers (5) in das Joch (7)
• Schweißen der Endscheibe (12) an das Joch (7)
Liste der Bezugszeichen
1. Elektromagnet
2. Magnetspule
3. Gehäuse
4. Polkern
5. Anker
6. Spulenkern
7. Joch
8. Kunststoffmasse
10. Zwischenraum
1 1. Innendurchmesser
12. Endscheibe
13. Loch
14. Kernflansch
15. Flansch
16. Ankerstange

Claims

Patentansprüche:
1. Elektromagnet (1 ), mindestens bestehend aus einer auf einen
Spulenkern (6) gewickelten Magnetspule (2), einem Gehäuse (3), einem Polkern (4), einem Anker (5), einer Ankerstange (16) und einem Joch (7), dadurch gekennzeichnet, dass
der Spulenkern (6) das Joch (7), den Polkern (4) und einen
Kernflansch (14) enthält, wobei der Spulenkern (6) durch ein
gemeinsames Umspritzen oder Umgießen des Jochs (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoffmasse (8) hergestellt ist, und wobei der axiale Zwischenraum (10) zwischen dem Joch (7) und dem Polkern (4) auch mit der Kunststoffmasse ausgefüllt ist.
2. Elektromagnet nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das den Anker (5) umfassende Joch (7) mit einem Flansch (15) ausgestattet ist, der den Magnetfluss von dem Gehäuse (3) zu dem Anker (5) leitet.
3. Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an das Joch (7) eine Endscheibe (12) geschweißt ist, die dem Anker (5) als Anschlag dient.
4. Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Joch (7) eine Endscheibe (12) eingepresst ist, die dem Anker (5) als Anschlag dient.
5. Elektromagnet nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endscheibe (12) ein Loch oder eine Mehrzahl von Löchern (13) aufweist.
6. Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kernflansch (14) und der Polkern (4) einstückig ausgeführt sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten entsprechend dem
Oberbegriff des ersten Anspruchs dadurch gekennzeichnet, dass
es mindestens die folgenden Schritte enthält:
• Umspritzen oder Umgießen des Joches (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoffmasse (8) zur Herstellung des Spulenkerns (6)
• Bewickeln des Spulenkerns (6) mit der Magnetspule (2)
• Fügen des Gehäuses (3) um das Joch (7) und die Magnetspule (2)
• Reiben des Innendurchmessers (1 1 ) des Spulenkerns (6)
• Fügen der Ankerstange (16) und des Ankers (5) in das Joch (7)
• Schweißen der Endscheibe (12) an das Joch (7) oder Einpressen der Endscheibe (12) in das Joch (7)
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