DE102018000269A1

DE102018000269A1 - Elektromagnet und Verfahren zur Herstellung des Elektromagneten

Info

Publication number: DE102018000269A1
Application number: DE102018000269.2A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schonlau; Christoph Thomas; Christian Häberle; Sebastian Heinzel; Marc Leinweber; Michael Ermert
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2017-02-25
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2018-08-30
Also published as: US10978232B2; CN108511147A; CN108511147B; US20180247749A1

Abstract

Kurzfassung
Aufgabe: Der Elektromagnet (1) soll die Vorspannung der Befestigung durch eine auf das Joch (7) wirkende Kraft über die vorgesehene Betriebszeit bei den bekannten wechselnden Betriebstemperaturen erhalten.
Lösung: Das den Anker (5) umfassende Joch (7) ist mit einem Flansch (15) ausgestattet ist, der den Magnetfluss von dem Gehäuse (3) zu dem Anker (5) leitet, wobei das Gehäuse (3) einerseits mit dem Jochflansch (15) des Jochs (7) und andererseits mit dem Kernflansch (14) durch Schweißen stoffschlüssig verbunden ist.
Anwendung: Betätigung von Ventilen, Kupplungen oder anderen elektromechanischen Stellorganen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Elektromagnete der beschriebenen Gattung sind seit langem bekannt und weit verbreitet. Sie werden beispielsweise zur Betätigung von Ventilen, Kupplungen oder anderen elektromechanischen Stellorganen eingesetzt.
Stand der Technik:
Die Druckschriften DE 601 03 199 T2 , DE 10 2005 049 663 DE 10 2012 022 254 B3 , DE 10 2005 048 732 A1 und DE 10 2013 226 619 A1 zeigen Elektromagnete der genannten Gattung, die zur Betätigung von Ventilen von Fahrzeuggetrieben eingesetzt werden.
Ein solcher Elektromagnet besteht mindestens aus einer auf einen Spulenkern gewickelten Magnetspule, einem Gehäuse, einem Polkern, einem Anker, einer Ankerstange und einem Joch.
Wenn ein solcher Elektromagnet in kostengünstiger Weise dadurch an einem Fahrzeuggetriebe befestigt wird, dass er durch von außen auf das Joch wirkende Mittel gegen das Getriebe gedrückt wird, wird die Haltekraft durch mindestens zwei unterschiedliche Kraftflüsse auf das Fahrzeuggetriebe übertragen, nämlich einen inneren Kraftfluss durch die Magnetspule und einen weiteren Kraftfluss durch das Gehäuse.
Die Magnetspule ist mit einer Kunststoffmasse umspritzt, und diese Kunststoffmasse überbrückt in manchen Ausführungen auch den Spalt zwischen dem Polkern und dem Joch des Elektromagneten. Der Kunststoff neigt dazu, sich unter Last allmählich plastisch zu verformen. Dabei werden die Vorspannung und damit die Haltekraft der Befestigung vermindert, wenn der Kraftfluss durch die Magnetspule einen überwiegenden Anteil an dem Gesamtkraftfluss zum Fahrzeuggetriebe ausmacht. Wenn der Anker des Elektromagneten in einem Polrohr gelagert ist, das den Polkern gegen das Joch abstützt, verläuft der genannte Kraftfluss nur zu einem geringen Teil durch die Kunststoffmasse, aber wenn der axiale Spalt zwischen dem Polkern und dem Joch nur durch die Kunststoffmasse überbrückt wird, muss die Kunststoffmasse den Kraftfluss übertragen.
Aufgabe:
Der Elektromagnet soll die Vorspannkraft der Befestigung durch eine auf das Joch wirkende Kraft über die vorgesehene Betriebszeit bei den bekannten wechselnden Betriebstemperaturen erhalten.
Lösung:
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben. Der nebengeordnete Anspruch 6 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Elektromagneten.
Der Elektromagnet besteht mindestens aus einer auf einen Spulenkern gewickelten Magnetspule, einem Gehäuse, einem Polkern, einem Anker, einer Ankerstange und einem Joch.
Der Spulenkern ist durch ein gemeinsames Umspritzen oder Umgießen des Jochs, des Polkerns und des Kernflansches mit einer Kunststoffmasse hergestellt. Dabei ist der axiale Zwischenraum zwischen dem Joch und dem Polkern auch mit derselben Kunststoffmasse ausgefüllt. Damit ist gewährleistet, dass der Primärluftspalt zwischen dem Anker und dem Polkern magnetisch nicht kurzgeschlossen wird.
Zur Erzielung einer hohen Qualität der Lagerung des Ankers ist der Spulenkern an seinem den Anker lagernden Innendurchmesser mit hoher Genauigkeit hergestellt. Dadurch kann ein den Anker lagerndes Polrohr eingespart werden, dennoch wird eine sehr präzise Lagerung des Ankers erzielt.
Die Befestigung des Elektromagneten an einem Getriebegehäuse wird hier dadurch vorgenommen, dass ein Halter auf den Jochflansch drückt und der Kernflansch den Elektromagneten auf dem Gehäuse des Fahrzeuggetriebes abstützt.
Das den Anker umfassende Joch mit ist mit einem Flansch ausgestattet, der den Magnetfluss von dem Gehäuse über einen Sekundärluftspalt zu dem Anker leitet.
Das Gehäuse ist einerseits mit dem Jochflansch des Jochs und andererseits mit dem Kernflansch durch Schweißen stoffschlüssig verbunden. Durch die Schweißung wird eine hohe Steifigkeit und Beständigkeit der Verbindung erzielt, die mit einer kraftschlüssigen Verbindung unter den hier spezifizierten Betriebsbedingungen nicht erreicht werden könnte.
Nach dem Zusammenbau verläuft der anfängliche Kraftfluss von dem Halter zum Getriebegehäuse überwiegend, das bedeutet zu mehr als 50% des Gesamtkraftflusses, über den Jochflansch, das Gehäuse und den Kernflansch, weil die Steifigkeit des Kraftflusspfades über das Gehäuses dementsprechend höher ausgeführt ist als die Steifigkeit des Kraftflusspfades über das Joch, den Polkern und die Kunststoffmasse zwischen dem Joch und dem Polkern, wobei insbesondere die genannte Kunststoffmasse die Steifigkeit herabsetzt. Nach einer längeren Betriebszeit von beispielsweise 100 h mit den betriebsüblichen wechselnden Beschleunigungskräften und Temperaturen verläuft ein noch größerer Anteil des Kraftflusses über den Jochflansch, das Gehäuse und den Kernflansch, weil die Kunststoffmasse sich allmählich plastisch verformt, aber diese Kraftflussverlagerung kann wegen des geringen Anteils des Kraftflusses über die Magnetspule die Vorspannung nicht wirksam vermindern.
Aus Gründen der rationellen Fertigung umfasst das Gehäuse den Jochflansch und den Kernflansch jeweils außen, das erleichtert das Schweißen der Verbindungen.
Dabei wird vorzugsweise das Gehäuse mit dem Jochflansch und dem Kernflansch durch Laserschweißen verbunden.
Die Lagerung des Ankers ist hochgenau hergestellt, die Gleiteigenschaften werden noch weiter verbessert, indem der Anker des Elektromagneten mittels einer Gleitfolie in dem Joch gelagert ist.
Zur Herstellung des Elektromagneten wird das unten beschriebene Verfahren eingesetzt, das mindestens die folgenden Schritte enthält:

• Umspritzen oder Umgießen des Joches, des Jochflansches, des Polkerns und des Kernflansches mit einer Kunststoffmasse zur Herstellung des Spulenkerns
• Bewickeln des Spulenkerns mit der Magnetspule
• Fügen des Gehäuses um den Jochflansch, die Magnetspule und den Kernflansch
• Verschweißen des Gehäuses mit dem Jochflansch und dem Kernflansch
• Fügen der Gleitfolie in das Joch
• Fügen der Ankerstange und des Ankers in das Joch
• Schweißen der Endscheibe an das Joch oder Einpressen der Endscheibe in das Joch

Bild:

1 zeigt den erfindungsgemäßen Elektromagneten, die Befestigung an dem Getriebegehäuse

Beispielhafte Ausführung:
Der Elektromagnet (1) gemäß 1 besteht mindestens 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). Dabei enthält der Spulenkern (6) das Joch (7), den Polkern (4) und einen Kernflansch (14).
Der Spulenkern (6) ist durch ein gemeinsames Umspritzen oder Umgießen des Jochs (7), des Polkerns (4) und des Kernflansches (14) mit einer Kunststoffmasse (8) hergestellt.
Dabei ist der axiale Zwischenraum (10) zwischen dem Joch (7) und dem Polkern (4) auch mit der Kunststoffmasse (8) ausgefüllt.
Der Spulenkern (6) ist an seinem den Anker (5) lagernden Innendurchmesser (11) hochgenau hergestellt.
Das den Anker (5) umfassende Joch (7) mit ist einem Flansch (15) ausgestattet, der den Magnetfluss von dem Gehäuse (3) zu dem Anker (5) leitet.
Dabei ist das Gehäuse (3) einerseits mit dem Jochflansch (15) des Jochs (7) und andererseits mit dem Kernflansch (14) durch Schweißen stoffschlüssig verbunden.
Die Befestigung des Elektromagneten an einem nur teilweise dargestellten Getriebegehäuse (13) ist dadurch vorgenommen, dass ein ebenfalls nur teilweise dargestellter Halter (12) auf den Jochflansch (15) drückt und der Kernflansch (14) den Elektromagneten auf dem Getriebegehäuse (13) abstützt.
Vorteilhafterweise verläuft der anfängliche Kraftfluss nach dem Zusammenbau von dem Halter (12) zum Getriebegehäuse (13) überwiegend (mehr als 50%) über den Jochflansch (15), das Gehäuse (3) und den Kernflansch (14), weil die Steifigkeit des Kraftflusspfades über das Gehäuses (3) dementsprechend höher ausgeführt ist als die Steifigkeit des Kraftflusspfades über das Joch (7), den Polkern (4) und die Kunststoffmasse (8) zwischen dem Joch und dem Polkern, wobei insbesondere die genannte Kunststoffmasse (8) die Steifigkeit herabsetzt.
Nach einer Betriebszeit von beispielsweise 100 h verläuft ein noch größerer Anteil des Kraftflusses über den Jochflansch (15), das Gehäuse (3) und den Kernflansch (14), weil die Kunststoffmasse (8) sich allmählich plastisch verformt.
Vorzugsweise umfasst das Gehäuse (3) den Jochflansch (15) und den Kernflansch (14) jeweils außen.
Ebenfalls vorzugsweise ist dass das Gehäuse (3) mit dem Jochflansch (15) und dem Kernflansch (14) durch Laserschweißen verbunden.
Vorteilhafterweise ist der Anker (5) des Elektromagneten mittels einer Gleitfolie (9) in dem Joch (7) gelagert.
Bezugszeichenliste

1.: Elektromagnet
2.: Magnetspule
3.: Gehäuse
4.: Polkern
5.: Anker
6.: Spulenkern
7.: Joch
8.: Kunststoffmasse
9.: Gleitfolie
10.: Zwischenraum
11.: Innendurchmesser
12.: Halter
13.: Getriebegehäuse
14.: Kernflansch
15.: Jochflansch
16.: Ankerstange
17.: Endscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 60103199 T2 [0002]
DE 102005049663 [0002]
DE 102012022254 B3 [0002]
DE 102005048732 A1 [0002]
DE 102013226619 A1 [0002]

Claims

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), wobei der Spulenkern (6) das Joch (7), den Polkern (4) und einen Kernflansch (14) enthält, und 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 (8) ausgefüllt ist, und wobei das den Anker (5) umfassende Joch (7) mit einem Jochflansch (15) ausgestattet ist, der den Magnetfluss von dem Gehäuse (3) zu dem Anker (5) leitet, und wobei die Befestigung des Elektromagneten (1) an einem Getriebegehäuse (13) dadurch vorgenommen ist, dass ein Halter (12) auf den Jochflansch (15) drückt und der Kernflansch (14) den Elektro-magneten auf dem Getriebegehäuse (13) abstützt, und wobei ein erster Kraftfluss von dem Halter (12) zum Getriebegehäuse (13) über den Jochflansch (15), das Gehäuse (3) und den Kernflansch (14) verläuft, und wobei ein zweiter Kraftfluss von dem Halter (12) zum Getriebegehäuse (13) über das Joch (7), den Polkern (2) und die Kunststoffmasse im Zwischenraum (10) zwischen dem Joch (7) und dem Polkern (2) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit im Zuge des ersten Kraftflusses größer ist als die Steifigkeit im Zuge des zweiten Kraftflusses, wobei zur Erhöhung der Steifigkeit im Zuge des ersten Kraftflusses insbesondere das Gehäuse (3) einerseits mit dem Jochflansch (15) des Jochs (7) und andererseits mit dem Kernflansch (14) durch Schweißen stoffschlüssig verbunden ist, und wobei insbesondere die Kunststoffmasse im Zwischenraum (10) zwischen dem Joch und dem Polkern die Steifigkeit im Zuge des zweiten Kraftflusses herabsetzt.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) den Jochflansch (15) und den Kernflansch (14) jeweils außen umfasst.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) mit dem Jochflansch (15) und dem Kernflansch (14) durch Laserschweißen verbunden ist.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (5) mittels einer Gleitfolie (9) in dem Joch (7) gelagert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten, der mindestens 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) besteht, wobei der Spulenkern (6) das Joch (7), den Polkern (4) und einen Kernflansch (14) enthält, und wobei das den Anker (5) umfassende Joch (7) mit einem Jochflansch (15) ausgestattet ist, der den Magnetfluss von dem Gehäuse (3) zu dem Anker (5) leitet, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens die folgenden Schritte enthält: • Umspritzen oder Umgießen des Joches (7), des Jochflansches (15), 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 den Jochflansch (15), die Magnetspule (2) und den Kernflansch (14) • Verschweißen des Gehäuses (3) mit dem Jochflansch (15) und dem Kernflansch (14) • Fügen einer Gleitfolie (9) in das Joch • Fügen der Ankerstange (16) und des Ankers (5) in das Joch (7) • Schweißen einer Endscheibe (17) an das Joch (7) oder Einpressen der Endscheibe (17) in das Joch (7)