Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten mit einer auswechselbaren Magnetspule entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und Verfahren zum Zusammenbau des Elektromagneten.
Die
Elektromagnete sind bekannt und weit verbreitet. Sie werden zum Beispiel zur Betätigung von hydraulischen Ventilen eingesetzt.
Bei dieser Anwendungen ist eine Medientrennung erforderlich, in der Regel dient ein Polrohr oder ein tiefgezogenes Röhrchen dazu, den Flüssigkeitsraum von dem Raum der Magnetspule des Elektromagneten zu trennen. In dem Polrohr oder dem Röhrchen bewegt sich der Anker relativ zum Magnetpol, der mittels einer Ankerstange das bewegliche Bauteil des Ventils beaufschlagt. Magnetpol, Röhrchen oder Polrohr, Anker und Ankerstange bilden die Kernbaugruppe.
Die Kernbaugruppe wird von der Magnetspule umschlossen. Bei etlichen Anwendungen wird seitens der Betreiber der Maschinen, die von den hydraulischen Ventilen gesteuert werden, eine Auswechselbarkeit der Magnetspule gefordert, weil in der Vergangenheit viele Magnetspulen wegen ihrer Vibrationsempfindlichkeit eine begrenzte Lebensdauer hatten. Auch wenn das mittlerweile kein Problem mehr ist, sind dennoch in einigen Ländern die Vorschriften zum Tausch der Magnetspulen bei einer Überholung von Arbeitsmaschinen nicht geändert worden, die Magnetspulen müssen also getauscht werden.
Austauschbare Spulen sind bekannt und verbreitet, üblicherweise werden sie über das Polrohr geschoben und mit einer Gewindemutter befestigt, die in ein Gewinde am Ende des Polrohres eingreift. Diese Art der Montage erlaubt es auch, die Magnetspule vor dem Festziehen der Gewindemutter so auszurichten, dass der an der Magnetspule befestigte elektrische Steckverbinder in eine vorgegebene Richtung zeigt.
Will man zur Kostensenkung das vergleichsweise teure Polrohr durch ein tiefgezogenes Röhrchen ersetzen, so müsste man zur Beibehaltung des Verfahrens des Zusammenbaus an das Polrohr einen Stutzen mit Gewinde anschweißen oder anlöten, was aber die Kostensenkung behindert.
Es sind auch andere geeignete Verfahren zur Befestigung bekannt, wenn auch in diesem Zusammenhang nicht üblich.
Von Schlauchverbindern ist es bekannt, den Schlauch mit einer Klemmvorrichtung zu befestigen, die aus einer im Kreis angeordneten Gruppe von Laschen mit einem gemeinsamen Außengewinde und einer Gewindemutter mit einer Konusfläche besteht. Bringt man den Schlauch zwischen die Laschen und schraubt man die Gewindemutter auf das Außengewinde, so drückt die Konusfläche die Laschen gegen den Schlauch und klemmt ihn ein.
Von elektrischen Steckverbindern ist es bekannt, diese mittels eines bügelförmigen Drahts zu verriegeln.
Bügelförmige Riegel aus recht dickem Draht sind aus der Verbindungstechnik für Schläuche im Bergbau bekannt, wie in der DIN 20043 beschrieben ist.
Um eine kostengünstige Ausführung der Kernbaugruppe zu erreichen, soll statt eines Polrohres ein tiefgezogenes Röhrchen zur Medientrennung verwendet werden, dieses soll aber nur mit dem Magnetpol und nicht zusätzlich mit einem Gewindestutzen verschweißt werden. Dazu ist eine für diese Anwendung neue, aber in anderen Anwendungen bewährte Befestigung der Magnetspule an der Kernbaugruppe einzusetzen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs in Verbindung mit den Unteransprüchen gelöst. Die Unteransprüche beschreiben auch Weiterbildungen der Erfindung. Die beiden letzten Ansprüche sind Nebenansprüche, die zwei verschiedene Verfahren zum Zusammenbau des erfindungsgemäßen Elektromagneten beschreiben, wobei die Verfahrensansprüche die Merkmale der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche aufgreifen.
Der Elektromagnet zur Betätigung einer fluidischen Vorrichtung besteht aus einer Kernbaugruppe und einer Magnetspule. Dabei ist die Kernbaugruppe aus einem Röhrchen, einem Magnetpol, einem Anker und einer Ankerstange aufgebaut.
Die auswechselbare Magnetspule besteht aus einer Drahtwicklung, einem Spulenköper, einem Eisenrückschluss, einer vorzugsweisen teilweisen Kunststoffumspritzung und einem daran angeformten elektrischen Steckverbinder.
Der Eisenrückschluss ist als Topf oder Bügel ausgeführt und führt den Magnetfluss von dem Magnetpol um die Spule zu dem Ort, an dem der Magnetfluss durch das Röhrchen zum Anker geleitet wird.
Die Magnetspule ist auf dem Röhrchen der Kernbaugruppe unverschieblich und drehfest in jeweils einer vorbestimmten Lage befestigt, wobei insbesondere der Steckverbinder entsprechend den Anforderungen ausgerichtet ist.
Erfindungsgemäß wird zur Kostensenkung kein Polrohr, sondern ein Röhrchen verwendet, das durch ein umformendes Verfahren hergestellt ist und nur so dickes Blech aufweist, wie es für die Anwendung erforderlich ist, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 2,5 mm.
Das von dem Magnetpol abgewandte Ende des ansonsten hohlzylinderförmig geformten Röhrchens ist als hohle Kugelkalotte geformt und weist nur solche Formmerkmale auf, die sich durch ein umformendes Verfahren mit vertretbarem Aufwand herstellen lassen.
Das Röhrchen ist mit dem Magnetpol fluiddicht verschweißt oder verlötet.
Die Magnetspule wird bei dem Zusammenbau des Elektromagneten in Längsrichtung gegen einen Anschlag des Magnetpols positioniert und in einer ersten Ausführung durch eine Klemmvorrichtung, die mindestens teilweise Teil der Kunststoffumspritzung der Magnetspule ist, festgesetzt. Dabei wird die mit einem Außengewinde versehene Klemmvorrichtung durch eine Gewindemutter betätigt, die mittels einer Konusfläche mindestens zwei Laschen der Klemmvorrichtung gegen das Röhrchen presst.
Die Klemmvorrichtung ist dadurch ausgezeichnet, dass sie nicht die Magnetspule als Ganzes verspannt, sondern nur das Röhrchen radial einklemmt.
Vorteilhafterweise ist die Gewindemutter aus Kunststoff hergestellt und/oder als Hutmutter ausgeführt.
Wenn die Magnetspule ausgewechselt werden soll, wird die Gewindemutter gelöst und die Klemmvorrichtung gibt das Röhrchen frei.
In einer zweiten Ausführung wird die Magnetspule hinsichtlich ihres Drehwinkels durch Formelemente des Magnetpols und der Magnetspule, die einen Formschluss zwischen der Magnetspule und dem Magnetpol erzeugen, festgelegt.
Zur axialen Festlegung wird ein in der Umspritzung der Magnetspule geführter Verriegelungsdraht in eine Nut des Magnetpols eingeschoben. Dadurch wird eine formschlüssig wirkende Verriegelung zwischen der Magnetspule und dem Magnetpol erzeugt.
Vorzugsweise ist der Verriegelungsdraht so geformt, dass er bügelförmig ist und beweglich aber unverlierbar in Durchbrüchen oder Nuten der Kunststoffumspritzung der Magnetspule aufgenommen ist. Dabei ist er unverlierbar, weil mindesten ein Ende des Verriegelungsdrahts um ein Hindernis in der Kunststoffumspritzung gebogen ist.
Damit die Magnetspule ausgewechselt werden kann, ist der Verriegelungsdraht nur in einer ersten, durch die Federwirkung des Verriegelungsdrahts bevorzugten Lage wegen eines Eingriffs in die Nut des Magnetpols mit der Magnetspule verriegelnd wirksam, aber in einer zweiten durch eine äußere Druckkraft bewirkten Lage greift er nicht in die Nut ein und nimmt deshalb auch keine Verriegelung vor.
Vorzugsweise ist der der Elektromagnet mittels des Magnetpols mit einem fluidischen Ventil verbunden, dessen bewegliches Funktionsteil durch die Ankerstange betätigt wird. Dazu ist der Magnetpol durch Innen- und Außengewinde mit dem Ventil verbunden, oder der Magnetpol wird durch einen Flansch gehalten.
Der erfindungsgemäße Elektromagnet wird vorrangig zur Betätigung von Schaltventilen oder von proportionalwirkenden Druckregelventilen in hydraulischen Steuerungen für selbstfahrende Arbeitsmaschinen verwendet, kann aber auch in stationären hydraulischen Steuerungen verwendet werden.
Der Elektromagnet (1) gemäß
Der Elektromagnet besteht aus einer Kernbaugruppe (2) und einer auswechselbaren Magnetspule (3), wobei die Kernbaugruppe (2) aus einem Röhrchen (4), einem Magnetpol (5), einem Anker (6) und einer Ankerstange (7) besteht.
Die Magnetspule besteht aus einer Drahtwicklung (8), einem Spulenköper (9), einem Eisenrückschluss (10), einer teilweisen Kunststoffumspritzung (11) und einem daran angeformten elektrischen Steckverbinder (12).
Die Magnetspule (3) ist im zusammengebauten Zustand des Elektromagneten (1) auf dem Röhrchen (4) nach dem Spannen einer Klemmvorrichtung (15) auf der Kernbaugruppe (2) unverschieblich und drehfest in jeweils einer vorbestimmten Lage befestigt.
Nach einem Lösen der Klemmvorrichtung (15) ruht die Magnetspule (3) lose auf der Kernbaugruppe und kann ausgewechselt werden.
Die Magnetspule (3) ist im zusammengebauten Zustand des Elektromagneten (1) auf dem Röhrchen (4) nach dem Einrasten einer Verriegelung (21) auf der Kernbaugruppe (2) unverschieblich und drehfest in jeweils einer vorbestimmten Lage befestigt.
Nach einem Lösen der Verriegelung (21) ruht die Magnetspule (3) lose auf der Kernbaugruppe und kann ausgewechselt werden.
Das Röhrchen (4) ist durch ein umformendes Verfahren hergestellt, wobei das von dem Magnetpol (5) abgewandte Ende (13) des ansonsten hohlzylinderförmig geformten Röhrchens (4) als hohle Kugelkalotte geformt ist. Das Röhrchen (4) ist mit dem Magnetpol (5) fluiddicht verschweißt oder verlötet.
In einer ersten Ausführung gemäß
Sie ist durch eine Klemmvorrichtung (15) gehalten, die mindestens teilweise Teil der Kunststoffumspritzung (11) der Magnetspule (3) ist, wobei die mit einem Außengewinde versehene Klemmvorrichtung (15) durch eine Gewindemutter (16) betätigt ist, die mittels einer Konusfläche (17) mindestens zwei Laschen (18) der Klemmvorrichtung (15) gegen das Röhrchen (4) presst.
In einer zweiten Ausführung gemäß
Die Magnetspule (3) ist auf der Kernbaugruppe (2) durch eine formschlüssig wirkende Verriegelung (21) mittels eines Verriegelungsdrahts (22) gehalten, wobei der Verriegelungsdraht (22) die Kunststoffumspritzung (11) der Magnetspule (3) mindestens einmal teilweise durchdringt und in einer Nut (23) des Magnetpols (5) so anliegt, dass die Magnetspule (3) nicht gegen die Kernbaugruppe (2) verschieblich ist, und wobei der Verriegelungsdraht (22) im Zuge des Zusammenbaus von Kernbaugruppe (2) und Magnetspule (3) so verschoben wurde, dass er in die Nut (23) eingreift.
Vorzugsweise ist bei der Ausführung gemäß
Ebenfalls in der Ausführung gemäß
Die Kunststoffumspritzung (11) gemäß
Bei der Ausführung gemäß
Der Elektromagnet ist vorzugsweise mittels des Magnetpols (5) mit einem fluidischen Ventil verbunden, dessen bewegliches Funktionsteil durch die Ankerstange (7) betätigt ist.
Zum Zusammenbau des Elektromagneten (1) gemäß
Zum Zusammenbau des Elektromagneten (1) gemäß
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