DE102011117688B3

DE102011117688B3 - Hysteresearmer Hubmagnet und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102011117688B3
Application number: DE201110117688
Authority: DE
Inventors: Jochen Grünschlag; Bernhard Kirsch; Bernd Schmitz
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2031-11-05

Abstract

Elektromagnet (1) mit einer zylindrischen Spule (2), einem im Innern der Spule verschieblich gelagerten Anker (3), einem Konus (4), einem Joch (5), einer Konusscheibe (6), einer Jochscheibe (7) und einem Mantel (8), wobei die Jochscheibe, die Konusscheibe und der Mantel aus Eisenblechen bestehen und wobei die Eisenbleche jeweils aus einem hysteresearm geglühten Bandstahl gestanzt wurden und das Blech des Mantels in eine Zylinderform gebogen ist und beim Stanzen so orientiert war, dass die Koerzitivfeldstärke des Bleches in der Richtung der Magnetachse minimal ist und dass beim Stanzen des Blechs für den Mantel an den Stirnseiten des Mantels angeformte Schweißbuckel (10) abstehen. Das Joch (5) und der Konus (4) wurden in der Schweißvorrichtung genau zueinander ausgerichtet. Die Jochscheibe (7), der Mantel (8) und die Konusscheibe (6) sind durch Buckelschweißen miteinander stoffschlüssig verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Hubmagneten entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und ein Verfahren zur Herstellung dieses Hubmagneten.
Elektrische Hubmagnete sind bekannt und weit verbreitet, und auch die Herstellung hysteresearmer Hubmagnete ist schon in vielen Patentschriften beschrieben worden, zum Beispiel in der EP 2005448 B1 , der DE 10 2010 014 731 A1 und der DE 10 2011 011 362 A1 .
Im Unterschied zur Anwendung der EP 2005448 B1 ist in der Anwendung des hier beschriebenen Hubmagneten keine Abdichtung des Kolbenraums zur Umgebung erforderlich und damit entfällt die Notwendigkeit, ein Druckrohr zu verwenden, das den Kolbenraum abdichtet. Damit kann eine erhebliche Kostenreduzierung erreicht werden, allerdings muss wegen des Wegfalls des Druckrohrs die Herstellung des Magneten verändert werden.
Aufgabe diese Erfindung ist es, die Herstellung eines Magneten ohne Druckrohr durch die genaue Ausrichtung des Konus und des Jochs zueinander auf die Erzielung einer möglichst geringen Hysterese des Magneten hin zu optimieren, und gleichzeitig die Herstellkosten bei einer Massenproduktion des Magneten gering zu halten.
Zur Lösung der Aufgabe wird der Elektromagnet mit einer zylindrischen Spule, einem im Innern der Spule beweglichen Anker, einem Konus, einem Joch, einer Konusscheibe, einer Jochscheibe und einem Mantel ausgeführt, wobei die Jochscheibe, die Konusscheibe und der Mantel aus Eisenblech bestehen. Die Eisenblechteile sind jeweils aus einem hysteresearm geglühten Bandstahl gestanzt und das Blech des Mantels ist in eine Zylinderform gebogen. Das Blech des Mantels ist beim Stanzen so orientiert, dass die Koerzitivfeldstärke des Bleches in der Richtung der späteren Magnetachse minimal wird und an den späteren Stirnseiten des Mantels sind Schweißbuckel angeformt.
Der Konus, die Konusscheibe, die Spule, der Mantel, das Joch und die Jochscheibe werden in einer Schweißvorrichtung mittels eines Dornes so aufgestapelt und ausgerichtet, dass der Konus und das Joch mit hoher Genauigkeit zueinander zentriert werden. Der Dorn zur Ausrichtung der Bauteile besteht aus einem Material mit sehr geringer elektrischer Leitfähigkeit, zum Beispiel aus einem Keramikmaterial, damit der Schweißstrom nicht über den Dorn fließt.
Die genaue Zentrierung ist für die Hysterese des Magneten von großer Bedeutung, weil der Anker des Magneten einerseits im Joch und andererseits mit seiner Stange im Konus gelagert ist.
Alternativ zur Ausrichtung mittels des Dornes werden der Konus, die Konusscheibe, die Spule, der Mantel, das Joch und die Jochscheibe in einer Schweißvorrichtung aufgestapelt und an den überstehenden Absätzen von Konus und Joch von Bauelementen der Schweißvorrichtung zentriert, wobei durch die Wahl der Passungen vorrangig der Konus und das Joch mit hoher Genauigkeit gegeneinander ausgerichtet werden. Die zentrierenden Bauelemente der Schweißvorrichtung sind zueinander präzise geführt, aber beweglich.
Die ausgerichtete Baugruppe der Magnetbauteile wird durch eine erhebliche, von der Schweißvorrichtung erzeugte, axiale Kraft, die auf die Jochscheibe und die Konusscheibe drückt, fixiert, und in dieser Lage wird der Mantel mit der Konusscheibe und der Jochscheibe durch ein Buckelschweißverfahren stoffschlüssig verbunden. Die Ausrichtung des Jochs zum Konus bleibt dabei erhalten, weil bei der Verwendung des Dorns der Dorn im Joch gleiten kann und bei der Verwendung der äußeren Zentrierung durch Bauelemente der Schweißvorrichtung diese zentrierenden Bauelemente sich zueinander bewegen können.
Wenn erforderlich, ist die verschweißte Baugruppe mit einer Umspritzung aus thermoplastischem Kunststoff versehen. Dazu weist die Spule Erhebungen auf, mit denen sie an dem Joch und an dem Konus abgestützt ist. Der Mantel weist eingestanzte Schlitze auf, die einen Durchtritt der flüssigen Spritzmasse beim Spritzvorgang erlauben.
Verfahren zur Herstellung
Der Konus, die Konusscheibe, die Spule, der Mantel, das Joch und die Jochscheibe werden in einer Schweißvorrichtung mittels eines Dornes so aufgestapelt und ausgerichtet werden, dass der Konus und das Joch mit hoher Genauigkeit gegeneinander zentriert werden. Die zueinander ausgerichtete Baugruppe wird durch eine erhebliche axiale Kraft auf die die Baugruppe abschließenden Scheiben fixiert. Alternativ zur Verwendung eines Dornes werden der Konus und das Joch an ihren überstehenden Absätzen durch Bauteile der Schweißvorrichtung umfasst und zueinander zentriert. Die ausgerichtete und fixierte Baugruppe wird durch ein Buckelschweißverfahren stoffschlüssig verbunden, ohne dabei die Ausrichtung des Jochs zum Konus wieder zu verlieren. Dabei wird der Mantel mit der Konusscheibe und der Jochscheibe verschweißt. Die durch Schweißen verbundene Baugruppe wird in einer Kunststoffspritzgussmaschine mit thermoplastischem Kunststoff umspritzt, wobei die flüssige Spritzmasse durch Schlitze den Mantel durchdringt. Nach dem Umspritzen wird der Anker gefügt und das Verschlussblech befestigt.
Die erfindungsgemäße Ausführung und Herstellung des Hubmagneten ergibt eine sehr geringe Hysterese, weil die Lagerstellen des Ankers präzise zueinander ausgerichtet sind, und das bei niedrigen Herstellungskosten in der Großserienfertigung.
Anwendung finden die erfindungsgemäßen Hubmagnete in Getriebesteuerungen und in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen.
Bilder:
1 zeigt den Hubmagneten
2 zeigt die Ausrichtung mittels eines Dornes
3 zeigt die Ausrichtung an den überstehenden Absätzen
Beispielhafte Ausführung:
Der Elektromagnet (1) ist mit einer zylindrischen Spule (2), einem im Innern der Spule verschieblich gelagerten Anker (3), einem Konus (4), einem Joch (5), einer Konusscheibe (6), einer Jochscheibe (7) und einem Mantel (8) ausgeführt, wobei die Jochscheibe, die Konusscheibe und der Mantel aus Eisenblechen bestehen und das Blech des Mantels in eine zylindrische Form gebogen ist und die Eisenbleche jeweils aus einem hysteresearm geglühten Bandstahl gestanzt sind und beim Stanzen des Blechs für den Mantel (8) an den späteren Stirnseiten des Mantels Schweißbuckel (10) angeformt sind und der Mantel (8) mit der Konusscheibe (6) und der Jochscheibe (7) durch ein Buckelschweißverfahren stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei das Joch (5) und der Konus (4) durch Bauteile der Schweißvorrichtung mit hoher Genauigkeit zueinander ausgerichtet sind.
Das Blech des Mantels (8) ist beim Stanzen so orientiert, dass die Koerzitivfeldstärke des Bleches in der Richtung der späteren Magnetachse minimal wird.
Der Konus (4), die Konusscheibe (6), die Spule (2), der Mantel (8), das Joch (5) und die Jochscheibe (7) wurden in einer Schweißvorrichtung mittels eines Dornes (9) so aufgestapelt und ausgerichtet, dass der Konus (4) und das Joch (5) mit hoher Genauigkeit gegeneinander zentriert sind.
Die zueinander ausgerichtete Baugruppe (11) wurde durch eine erhebliche axiale Kraft auf die Jochscheibe (7) und die Konusscheibe (6) fixiert. Die vorher ausgerichtete und fixierte Baugruppe (11) ist durch ein Buckelschweißverfahren stoffschlüssig verbunden.
Der Dorn (9) zur Ausrichtung der Baugruppe (11) besteht aus einem Material mit sehr geringer elektrischer Leitfähigkeit, zum Beispiel aus einem Keramikmaterial.
Die verschweißte Baugruppe (11) ist mit einer Umspritzung aus thermoplastischem Kunststoff versehen. Dazu weist die Spule (2) Erhebungen (15) auf, mit denen sie an dem Joch (5) und an dem Konus (4) abgestützt ist. Der Mantel (8) weist eingestanzte Schlitze (16) auf, die einen Durchtritt der flüssigen Spritzmasse beim Spritzvorgang erlauben.
Beispielhaftes Herstellverfahren:
Der Konus (4), die Konusscheibe (6), die Spule (2), der Mantel (8), das Joch (5) und die Jochscheibe (7) werden in einer Schweißvorrichtung mittels eines Dornes (9) so aufgestapelt und ausgerichtet, dass der Konus (4) und das Joch (5) mit hoher Genauigkeit gegeneinander zentriert werden. Alternativ zur Verwendung eines Dornes werden der Konus (4) und das Joch (5) an ihren überstehenden Absätzen (13 und 14) durch Bauteile der Schweißvorrichtung umfasst und zueinander zentriert. Die ausgerichtete Baugruppe wird durch eine erhebliche axiale Kraft auf die die Baugruppe abschließenden Scheiben fixiert. Die axiale Kraft wird durch die Schweißvorrichtung aufgebracht.
Die ausgerichtete und fixierte Baugruppe wird durch ein Buckelschweißverfahren stoffschlüssig verbunden. Dabei wird der Mantel (8) mit der Konusscheibe (6) und der Jochscheibe (7) verschweißt.
Die verschweißte Baugruppe (11) wird in einer Kunststoffspritzgussmaschine mit thermoplastischem Kunststoff umspritzt, wobei die flüssige Spritzmasse durch Schlitze (16) den Mantel (8) durchdringt. Nach dem Umspritzen wird der Anker (3) gefügt und das Verschlussblech (17) befestigt.
Bezugszeichenliste

1: Hubmagnet
2: Spule
3: Anker
4: Konus
5: Joch
6: Konusscheibe
7: Jochscheibe
8: Mantel
9: Dorn
10: Schweißbuckel
11: Baugruppe
12: Umspritzung
13: Absatz
14: Absatz
15: Erhebungen
16: Schlitz
17: Verschlussblech

Claims

Elektrischer Hubmagnet (1) mit einer zylindrischen Spule (2), einem im Innern der Spule verschieblich gelagerten Anker (3), einem Konus (4), einem Joch (5), einer Konusscheibe (6), einer Jochscheibe (7) und einem Mantel (8), wobei die Jochscheibe, die Konusscheibe und der Mantel aus Eisenblechen bestehen und das Blech des Mantels in eine zylindrische Form gebogen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenbleche jeweils aus einem hysteresearm geglühten Bandstahl gestanzt sind und beim Stanzen des Blechs für den Mantel (8) an den späteren Stirnseiten des Mantels Schweißbuckel (10) angeformt sind und der Mantel (8) mit der Konusscheibe (6) und der Jochscheibe (7) durch ein Buckelschweißverfahren stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei das Joch (5) und der Konus (4) durch ein Bauteil oder durch mehrere Bauteile einer Schweißvorrichtung mit hoher Genauigkeit zueinander ausgerichtet sind.
Elektromagnet nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Blech des Mantels (8) beim Stanzen so orientiert ist, dass die Koerzitivfeldstärke des Bleches in der Richtung der späteren Magnetachse minimal wird.
Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (4), die Konusscheibe (6), die Spule (2), der Mantel (8), das Joch (5) und die Jochscheibe (7) in einer Schweißvorrichtung mittels eines Dornes (9) so aufgestapelt und ausgerichtet wurden, dass der Konus (4) und das Joch (5) mit hoher Genauigkeit gegeneinander zentriert sind.
Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (4), die Konusscheibe (6), die Spule (2), der Mantel (8), das Joch (5) und die Jochscheibe (7) in einer Schweißvorrichtung aufgestapelt und an überstehenden Absätzen (13 und 14) von Konus und Joch durch Bauteile der Schweißvorrichtung zentriert wurden, wobei durch die Wahl der Passungen vorrangig der Konus und das Joch mit hoher Genauigkeit gegeneinander ausgerichtet sind und die zentrierenden Bauteile der Schweißvorrichtung zueinander beweglich geführt sind.
Elektromagnet nach Anspruch 1, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schweißen eine zueinander ausgerichtete Baugruppe (11) durch eine erhebliche axiale Kraft auf die Jochscheibe (7) und die Konusscheibe (6) fixiert wurde, wobei die axiale Kraft von der Schweißvorrichtung aufgebracht wurde.
Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass die ausgerichtete und fixierte Baugruppe (11) durch ein Buckelschweißverfahren stoffschlüssig verbunden ist.
Elektromagnet nach Anspruch 1 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (9) zur Ausrichtung der Baugruppe (11) aus einem Material mit sehr geringer elektrischer Leitfähigkeit, zum Beispiel aus einem Keramikmaterial, besteht.
Elektromagnet nach Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 2 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die verschweißte Baugruppe (11) mit einer Umspritzung aus thermoplastischem Kunststoff versehen ist und dass die Spule (2) Erhebungen (15) aufweist, mit denen sie an dem Joch (5) und an dem Konus (4) abgestützt ist, wobei der Mantel (8) eingestanzte Schlitze (16) besitzt, die einen Durchtritt der flüssigen Spritzmasse beim Spritzvorgang erlauben.
Verfahren zur Herstellung des Stators eines Elektromagneten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Konus (4), die Konusscheibe (6), die Spule (2), der Mantel (8), das Joch (5) und die Jochscheibe (7) in einer Schweißvorrichtung mittels eines Dornes (9) so aufgestapelt und ausgerichtet werden, dass der Konus (4) und das Joch (5) mit hoher Genauigkeit gegeneinander zentriert werden, alternativ zur Verwendung eines Dornes werden der Konus (4) und das Joch (5) an ihren überstehenden Absätzen (13 und 14) durch Bauteile der Schweißvorrichtung umfasst und zueinander zentriert, sodann wird die ausgerichtete Baugruppe durch eine erhebliche axiale Kraft auf die die Baugruppe abschließenden Scheiben fixiert und die ausgerichtete und fixierte Baugruppe wird durch ein Buckelschweißverfahren stoffschlüssig verbunden, wobei der Mantel (8) mit der Konusscheibe (6) und der Jochscheibe (7) verschweißt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten nach Anspruch 1 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass die gemäß Anspruch 9 hergestellte Baugruppe (11) in einer Kunststoffspritzgussmaschine mit thermoplastischem Kunststoff umspritzt wird, wobei die flüssige Spritzmasse durch Schlitze (16) den Mantel (8) durchdringt und nach dem Umspritzen der Anker (3) gefügt und das Verschlussblech (17) befestigt wird.