DE102018003509A1 - Elektromagnet und Verfahren zur Herstellung des Elektromagneten - Google Patents
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Abstract
KurzfassungAufgabe: Es sollen möglichst wenig Zerspanungsprozesse zur Erzeugung der Einzelteile und eine möglichst geringe Zahl von Einzelteilen pro Elektromagnet (1) verwendet werden.Lösung: Ein Blechmantel (7) umfasst die Magnetspule (2) auch an ihrer magnetpolseitigen Stirnfläche (10) und erstreckt sich in den Innenraum (11) der Magnetspule (2) und bildet dabei einen mit dem Magnetanker (3) zusammenwirkenden Magnetpol (8).Anwendung: Betätigung eines Ventils, einer Kupplung oder einer Hubkolbenpumpe.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Elektromagneten.
- Stand der Technik:
- Elektromagnete zur schaltenden oder zur proportionalwirkenden Betätigung von Ventilen, Kupplungen oder Hubkolbenpumpen sind bekannt und weit verbreitet. Beispielsweise zeigt die Druckschrift
DE 10 2011 011 362 B4 solch einen Elektromagnet. - Die Herstellung ist insbesondere dann aufwendig, wenn in hohen Stückzahlen eine hohe Genauigkeit der erzeugten Kraft und eine geringe Hysterese gefordert werden.
- Der Eisenkreis des Elektromagneten wird üblicherweise aus einer Mehrzahl von Bauteilen zusammenbaut, nämlich aus einem Joch, einer Jochscheibe, einem Mantel aus Eisenblech und einem Konus als Magnetpol. Jeder Übergang des Magnetflusses von einem Bauteil zu einem anderen erzeugt einen magnetischen Widerstand, der als solcher nachteilig ist, aber auch von Elektromagnet zu Elektromagnet toleranzbedingt unterschiedlich groß ausfällt und damit die Gesamtstreuung der Kennlinien vergrößert.
- Aufgabe:
- Bei der Herstellung in hohen Stückzahlen wird gefordert, dass möglichst wenig Zerspanungsprozesse zur Erzeugung der Einzelteile und dass eine möglichst geringe Zahl von Einzelteilen pro Elektromagnet verwendet werden. Insbesondere im Eisenkreis des Elektromagneten sollen möglichst wenige Einzelteile verwendet werden, weil jeder Übergang des Magnetflusses von einem Teil zu einem anderen Teil einen unerwünschten magnetischen Widerstand erzeugt.
- Lösung:
- Die auf die Vorrichtung gerichteten Aufgaben werden durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben, der letzte Anspruch beschreibt ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- Der erfindungsgemäße Elektromagnet enthält mindestens eine Magnetspule, einen Magnetanker, ein Joch und einen Eisenrückschluss. Dabei besteht der Eisenrückschluss mindestens aus einem die Magnetspule mindestens an ihrem Umfang umfassenden Blechmantel.
- Der Blechmantel umfass die Magnetspule auch an ihrer magnetpolseitigen Stirnfläche und erstreckt sich in den Innenraum der Magnetspule und bildet dabei einen mit dem Magnetanker zusammenwirkenden Magnetpol.
- Vorzugsweise ist der Blechmantel in einer ersten Ausführung durch einen Stanz- und Umformprozess aus einer Blechronde hergestellt. Bei ausreichender Genauigkeit der Umformprozesse kann eine mechanische Nachbearbeitung vermieden werden.
- In einer zweiten Ausführung ist der Blechmantel durch einen Sinterprozess aus Eisengranulat hergestellt. Auch bei diesem Prozess kann eine ausreichende Genauigkeit erzielt werden.
- In einer dritten Ausführung ist der Blechmantel durch ein spangebendes Verfahren aus Vollmaterial hergestellt, was sich vorzugsweise für die Herstellung von Mustern in geringer Stückzahl eignet.
- In einen vierten Ausführung ist der Blechmantel durch ein MIM-Verfahren (Metal Injection Moulding) hergestellt. Dabei sind alle Formelemente in der Spritzform in ausreichender Genauigkeit abgebildet, so dass keine mechanische Nacharbeit erforderlich ist.
- In einer fünften Ausführung ist der Blechmantel durch eine Kombination von mindestens zwei Verfahren, ausgewählt aus der Gruppe (Stanzen und Umformen, Sintern, Spanen und MIM), hergestellt. Bei dieser Kombination kann eine höhere Genauigkeit erzielt werden als bei einem der formgebundenen Verfahren allein.
- Vorteilhafterweise weist der Magnetpol eine erheblich von einer Zylinderform abweichende Form auf, indem sich über den Umfang axial um mehr als 0,2 mm, vorzugsweise um mehr als 1 mm, weiter vorzugsweise um mehr als 2 mm vorstehende Zonen und axial zurückstehende Zonen abwechseln. Diese Formelemente ersetzen den in anderen Elektromagneten anzutreffenden Konus, der die Kraft-Hub-Kennlinie des Elektromagneten formt.
- Weiter vorteilhafterweise sind die vorstehenden Zonen mit den zurückstehenden Zonen des Magnetpols durch erste Flanken und durch zweite Flanken verbunden, wobei die absoluten Winkel der ersten Flanken zur Mittellinie des Elektromagneten sich von den absoluten Winkeln der zweiten Flanken zur Mittellinie um mindestens 3°, vorzugsweise um mehr als 5°, weiter vorzugsweise um mehr als 10° unterscheiden. Dadurch kann eine Drehbewegung des Ankers erzeugt werden, wenn der Anker einen Hub ausführt.
- Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Elektromagneten entsprechend der ersten Ausführung, der mindestens eine Magnetspule, einen Magnetanker und einen Eisenrückschluss enthält, wird vorzugsweise das folgende Verfahren angewandt:
- - der Blechmantel wird aus einer Blechronde, die in ihrem Zentrum durch Stanzen gelocht und/oder beschnitten ist, durch Umformen hergestellt.
- - das Zentrum der Blechronde wird so umgestülpt, dass sie sich in den Innenraum des Blechmantels erstreckt, wobei die Form der Lochung des Zentrums vorstehende Zonen und zurückstehende Zonen eines durch das Umstülpen erzeugten Magnetpols ergibt.
- Anwendung:
- Der erfindungsgemäße Elektromagnet wird zur Betätigung eines Ventils, einer Kupplung oder einer Hubkolbenpumpe eingesetzt.
- Figurenliste
-
-
1 zeigt einen Querschnitt des Elektromagneten, wobei der Elektromagnet Teil eines größeren Geräts ist. -
2 zeigt eine Abwicklung des aufgeschnittenen Blechmantels nach dem Umformen. -
3 zeigt den Blechmantel in verschiedenen perspektivischen Ansichten. - Ein Elektromagnet (
1 ) enthält mindestens eine Magnetspule (2 ), ein Joch (5 ), einen Magnetanker (3 ) und einen Eisenrückschluss (4 ). Das Ausführungsbeispiel zeigt zusätzlich eine Jochscheibe (6 ), die aber auch Teil des Jochs (5 ) oder Teil des Eisenrückschlusses (4 ) sein kann.
Der Eisenrückschluss (4 ) besteht hier aus einem die Magnetspule (2 ) mindestens an ihrem Umfang umfassenden Blechmantel (7 ).
Der Blechmantel (7 ) umfasst die Magnetspule (2 ) auch an ihrer magnetpolseitigen Stirnfläche (10 ) und erstreckt sich in den Innenraum (11 ) der Magnetspule (2 ). Dabei bildet sie einen mit dem beweglichen Magnetanker (3 ) zusammenwirkenden Magnetpol (8 ). - Entsprechend der in
2 dargestellten Abwicklung und den in3 dargestellten perspektivischen Ansichten weist der Magnetpol (8 ) eine erheblich von einer Zylinderform abweichende Form auf, indem sich über den Umfang axial um mehr als 1mm vorstehende Zonen (12 ) und axial zurückstehende Zonen (13 ) abwechseln.
Dabei sind die vorstehenden Zonen (12 ) mit den zurückstehenden Zonen (13 ) des Magnetpols (8 ) durch erste Flanken (14 ) und durch zweite Flanken (15 ) verbunden. - Bezugszeichenliste
-
- 1.
- Elektromagnet
- 2.
- Magnetspule
- 3.
- Magnetanker
- 4.
- Eisenrückschluss
- 5.
- Joch
- 6.
- Jochscheibe
- 7.
- Blechmantel
- 8.
- Magnetpol
- 12.
- Vorstehende Zone
- 13.
- Zurückstehende Zone
- 14.
- Erste Flanke
- 15.
- Zweite Flanke
- 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 102011011362 B4 [0002]
Claims (9)
- Elektromagnet (1), mindestens eine Magnetspule (2), einen Magnetanker (3), ein Joch (5) und einen Eisenrückschluss (4) enthaltend, wobei der Eisenrückschluss (4) aus einem die Magnetspule (2) mindestens an ihrem Umfang umfassenden Blechmantel (7) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechmantel (7) die Magnetspule (2) auch an ihrer magnetpolseitigen Stirnfläche (10) umfasst und sich in den Innenraum (11) der Magnetspule (2) erstreckt und dabei einen mit dem Magnetanker (3) zusammenwirkenden Magnetpol (8) bildet.
- Elektromagnet (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Blechmantel (7) durch einen Stanz- und Umformprozess aus einer Blechronde hergestellt ist. - Elektromagnet (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Blechmantel (7) durch einen Sinterprozess aus Eisengranulat hergestellt ist. - Elektromagnet (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Blechmantel (7) durch ein spangebendes Verfahren aus Vollmaterial hergestellt ist. - Elektromagnet (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Blechmantel (7) durch ein MIM-Verfahren hergestellt ist. - Elektromagnet (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Blechmantel (7) durch eine Kombination von mindestens zwei Verfahren, ausgewählt aus der Gruppe (Stanzen und Umformen, Sintern, Spanen und MIM), hergestellt ist. - Elektromagnet (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetpol (8) eine erheblich von einer Zylinderform abweichende Form aufweist, indem sich über den Umfang axial um mehr als 0,2 mm, vorzugsweise um mehr als 1 mm, weiter vorzugsweise um mehr als 2 mm vorstehende Zonen (12) und axial zurückstehende Zonen (13) abwechseln.
- Elektromagnet (1) nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden Zonen (12) mit den zurückstehenden Zonen (13) des Magnetpols (8) durch erste Flanken (14) und durch zweite Flanken (15) verbunden sind, wobei die absoluten Winkel der ersten Flanken (14) zur Mittellinie (16) des Elektromagneten (1) sich von den absoluten Winkeln der zweiten Flanken (15) zur Mittellinie (16) um mindestens 3°, vorzugsweise um mehr als 5°, weiter vorzugsweise um mehr als 10° unterscheiden. - Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten, der mindestens eine Magnetspule (2), einen Magnetanker (3) und einen Eisenrückschluss (4) enthält, wobei der Eisenrückschluss (4) mindestens aus einem Joch (5) und einem die Magnetspule (2) mindestens an ihrem Umfang umfassenden Blechmantel (7) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechmantel (7) aus einer Blechronde, die in ihrem Zentrum (17) durch Stanzen gelocht und/oder beschnitten ist, durch Umformen hergestellt wird, wobei das Zentrum (17) der Blechronde so umgestülpt wird, dass sie sich in den Innenraum des Blechmantels (7) erstreckt, und wobei die Form der Lochung des Zentrums (17) vorstehende Zonen (12) und zurückstehende Zonen (13) eines durch das Umstülpen erzeugten Magnetpols (8) ergibt.
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