Verfahren zum Herstellen eines ferromagnetischen Teiles, ferromagnetischer Teil sowie Verwendung desselben

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mindestens eine dielektrische Trennschicht aufweisenden Teiles aus einem ferromagnetischen Rohling, wobei in den Rohling eine Vertiefung eingearbeitet wird, die derart gestaltet ist, dass die Einzelteile des Rohlings über mindestens eine Randbrücke zusammenhängen, worauf in die Vertiefung ein nichtferromagnetisches Material eingebracht wird, und der Rohling derart materialabtragend bearbeitet wird, dass die ferromagnetischen Teilstücke ausschliesslich über nichtferromagnetisches Material miteinander verbunden sind sowie einen ferromagnetischen Teil und eine Verwendung desselben.

[0002] Im Anwendungsgebiet elektromechanischer Teile, beispielsweise elektromagnetischer Kupplungen, elektromagnetischer Hebezeuge u.dgl., stellt sich das Problem, den remanenten Magnetismus beim Lösen der magnetischen Verbindung zum Verschwinden zu bringen oder tief zu halten. Dies ist unter anderem dadurch möglich, dass man in den magnetischen Fluss eine diesen Fluss hemmende Zwischenschicht, ein sog. Dielektrikum, in Form eines Luftspaltes oder eines nicht ferromagnetischen Materials einbaut.

[0003] Es sind zwei Arten von Konstruktionen bekannt geworden, welche diesem Umstand Rechnung tragen. Bei der einen wird der magnetische Fluss vom einen ferromagnetischen Teil über ein Dielektrikum in einen zweiten ferromagnetischen Teil übergeleitet, wobei das Dielektrikum grundsätzlich gasförmig, flüssig oder fest sein kann. Bei der anderen Ausführung wird der magnetische Fluss dadurch gehemmt, dass ihm ein eingeengter Querschnitt in den Weg gestellt wird, was beispielsweise durch Bildung eines Grabens bzw. einer Nut im ferromagnetischen Teil erreicht wird.

[0004] So ist aus der GB-A- 733610 ein Verfahren zum Herstellen eines ferromagnetischen Teiles, das mindestens eine dielektrische Trennschicht aufweist, aus einem ferromagnetischen Monoblock bekannt geworden, bei dem eine Nut hergestellt wird, wobei noch eine «Brücke» übrigbleibt und die Nut mit nichtferromagnetischem Material ausgefüllt wird. Anschliessend wird das ferromagnetische Teil derart bearbeitet, dass die «ferromagnetischen Brücken» wegfallen. Dieses Verfahren bedarf eines Eingiessens des dielektrischen Materials oder eines Verpressens, bei welchem Vorgehen ein Sprengen des auf Zug beanspruchten Monoblocks auftreten kann.

[0005] Dieses bekannte Vorgehen zum Herstellen eines ferromagnetischen Teiles in der vorbeschriebenen Weise ist teuer und unsicherer im Erfolg, da entweder zwei oder mehrere Teile gesondert gehandhabt werden müssen, oder aber, bei Verwendung eines sog. Monoblockes, eine kostspielige Bearbeitung des ferromagnetischen Materials nötig ist.

[0006] Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens, welches erlaubt: einen derartigen ferromagnetischen Teil auf weniger kostspielige Art herzustellen und ihm damit die Vorteile der beiden vorgenannten Gruppen zu eigen zu machen, ohne deren Nachteile zu übernehmen.

[0007] Ein erfindungsgemässes Verfahren, welches diese Aufgabe löst, zeichnet sich dadurch aus, dass der Rohling in Blockform auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher er plastisch deformierbar ist und dann eine die genannte Vertiefung herbeiführende plastische Verformung des Rohlings vorgenommen wird, und dass nach Einbringung des nichtferromagnetischen Materials in die Vertiefung der Rohling vor der materialabtragenden Bearbeitung mit dem eingebrachten nichtferromagnetischen Material verpresst wird.

[0008] Das andere erfindungsgemässe Verfahren löst diese Aufgabe gemäss dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 6.

[0009] Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand einer Zeichnung erläutert, wobei die Figuren 1 bis 9 sich auf den Stand der Technik beziehen.

[0010] Es zeigen in rein schematischer Darstellung:

Fig. 1 zwei ferromagnetische Teile mit Angabe des Magnetflusses, welche über einen Luftspalt miteinander verbunden sind,

Fig. 2 zwei ferromagnetische Teile, analog Fig. 1, wobei die beiden Teile über eine Leimung miteinander verbunden sind,

Fig. 3 bis 6 andere Verbindungsmöglichkeiten mittels festem Dielektrikum zum Verbinden der beiden ferromagnetischen Teile,

Fig. 7 einen Monoblock aus ferromagnetischem Material, mit Ausschnitt und Ausbildung von Randbrücken,

Fig. 8 einen ferromagnetischen Block mit Bohrung und Ausbildung von Randbrücken,

Fig. 9 einen ferromagnetischen Block mit ovaler Ausfräsung und Ausbildung von Randbrücken,

Fig. 10 einen Monoblock im Schnitt nach einer Verformung in plastischem Zustand, im Sinne der vorliegenden Erfindung,

Fig. 11 den verformten Monoblock nach Fig. 10, nach Einlegen eines runden dielektrischen Materials, beispielsweise von Kupfer,

Fig. 12 den Zustand nach dem Zusammenpressen des Monoblocks in plastischem Zustand zu einer geschlossenen Einheit mit dazwischenliegendem Dielektrikum vorbestimmter Dicke,

Fig. 13 den Monoblock gemäss Fig. 12, nach der Endbearbeitung mit der eingelagerten dielektrischen Trennschicht,

Fig. 14 einen Ausschnitt aus einem Meridianschnitt durch einen zylindrischen Spulenkörper, vor dem Durchführen des Pressvorganges mit eingelegtem Dielektrikumsdraht,

Fig. 15 den Ausschnitt gemäss Fig. 14, nach dem Press- und dem End-Bearbeitungsvorgang,

Fig. 16 eine perspektivische Darstellung einer elektromagnetischen Bremse mit dem Spulenkörper gemäss den Fig. 14 und 15 und der angezogenen Ankerscheibe mit weggeschnittenem Teil.

[0011] Fig. 1 zeigt zwei ferromagnetische Teile 1 und 2, welche über einen Luftspalt 3 miteinander verbunden sind. Nach dem Magnetisieren durchsetzt ein magnetischer Fluss 5 das Gebilde.

[0012] In Fig. 2 ist anstelle des Dielektrikums Luft eine feste dielektrische Zwischenlage, beispielsweise ein Klebstoff 7, vorgesehen, welche die beiden ferromagnetischen Teile 1 und 2 miteinander verbindet.

[0013] Fig. 3 zeigt eine andere Anordnung, in welcher die zwei ferromagnetischen Teile 1 und 2 über eine dielektrische Zwischenlage 9 durch Hartlötung miteinander verbunden sind.

[0014] In Fig. 4 ist eine Kombination mit zwei dielektrischen Zwischenlagen 11 und 12 vorgesehen, wobei 11 eine Klebstoffschicht und 12 ein hartlötbares Dielektrikum, beispielsweise Kupfer, sein kann.

[0015] In Fig. 5 sind wiederum zwei Schichten zwischen den beiden ferromagnetischen Teilen 1 und 2 vorgesehen, nämlich eine dielektrische Zwischenlage 15 in Form eines Klebstoffes und ein Luftspalt 14.

[0016] Die Ausführung nach Fig. 6 zeigt als dielektrische Verbindung zwischen den zwei ferromagnetischen Teilen 1 und 2 einen Zapfen 17.

[0017] Diese Anordnungen und Verbindungen stellen eine erste Gruppe magnetischer Shuntmöglichkeiten für die Verwendung in elektromechanischen Anwendungen dar, bei welchen zwei getrennte ferromagnetische Teile gehandhabt und gegebenenfalls miteinander durch einen Feststoff verbunden werden müssen, oder aber welche getrennt zu haltern sind.

[0018] Die durch die Fig. 7 bis 9 dargestellte Ausführung geht von einem Monoblock 20 (Fig. 7) aus, in dem eine entsprechende Nut 21 eingebracht ist, wobei die durch die Nut 21 getrennten Teile über eine verbleibende schmale Materialbrücke verbunden sind. Diese Ausführung ist in der Handhabung wesentlich einfacher, ist jedoch bezüglich Remanenzmagnetismus viel schlechter, da die Verbindung nicht durch ein Dielektrikum, sondern durch das ferromagnetische Material erfolgt.

[0019] Eine ähnliche Ausführung zeigt Fig. 8, mit einem Monoblock 23 und einer in diesem eingebrachten Bohrung 24, womit zwei symmetrische ferromagnetische Brücken zwischen den durch die Bohrungen 14 und 20 getrennten Teilen geschaffen ist. Der Monoblock 26 in Fig. 9 ist durch eine entsprechende ovalförmige Öffnung 27 in zwei durch zwei Brücken verbundene Teile getrennt.

[0020] Diese zum Stand der Technik zählenden Methoden weisen die oben erwähnten Nachteile auf.

[0021] Im Sinne der vorliegenden Erfindung zeigt Fig. 10 einen Monoblock 30 aus ferromagnetischem Material, welcher, beispielsweise mittels einer Heizquelle 36 (Fig. 12), insbesondere durch einen HF-Generator, erhitzt wird, bis das ferromagnetische Material in plastischen Zustand gelangt, so dass es durch minimalen Druck auf einen Stempel verformt und mit einer Vertiefung 31 versehen werden kann. Es bleibt dann als Verbindung in Form einer Brücke eine Randzone 32. Im nächsten Schritt wird in den so deformierten Monoblock 30 ein dielektrischer Kern, beispielsweise ein aus Kupfer bestehender Ring oder eine Kupferrondelle 34, eingelegt und ein entsprechendes Beizmittel und ein Benetzungsmittel, wie diese für das Hartlöten bekannt sind, beigegeben, gegebenenfalls ein entsprechendes Silberlot. Anschliessend wird der Monoblock 30 durch mechanische oder hydraulische Pressung in Richtung der beiden Pfeile in Fig. 12 zusammengepresst, so weit, bis die dielektrische Schicht die gewünschte Dicke aufweist. Auf diese Weise wird ein über eine Randzone 32 eine Einheit bildender Monoblock 30 erhalten, in dessen Kernbereich und einem Teil des Randbereiches das Dielektrikum 34 hartgelötet eingebracht ist.

[0022] Durch anschliessendes Oberflächenbearbeiten, beispielsweise Drehen, Fräsen o.dgl., wird als Endteil ein ferromagnetischer Fertigteil 38 erhalten, der einteilig ist und auch während der Bearbeitung einteilig bleibt und welcher als Einlage, d.h. als Trennschicht der beiden verbleibenden Partien des Fertigteiles 38 einen dielektrischen Kern von gewünschtem magnetischem Widerstand aufweist.

[0023] In Fig. 14 ist ein Ausschnitt aus einem Spulenkörper 45, wie ihn die Fig. 16 darstellt, ersichtlich, mit einer eingebauten Spule 48, die von einem elektrischen Anschlusskabel 49 (Fig. 16) gespiesen wird. Fig. 14 zeigt eine Darstellung vor dem Pressvorgang, d.h. nach dem Eindrehen einer Nut 51 und des Einlegens eines Dielektrikumdrahtes 52.

[0024] Fig. 15 zeigt den Spulenkörper 45 nach dem Pressvorgang und nach dem Bearbeitungsvorgang. Es ist ersichtlich, dass der Dielektrikumsdraht 52 durch den Pressvorgang zur Dielektrikumsschicht 53 geworden ist, wobei die Überarbeitung des Spulenkörpers 45 im Sinne der Fig. 12 und 13 durchgeführt ist.

[0025] In Fig. 16 ist eine elektromagnetische Bremse dargestellt, bei welcher die Spule 48 über das elektrische Kabel 49 erregt werden kann. Sie ist in erregtem Zustand dargestellt, in welchem eine Ankerscheibe 46 aufgrund des entstandenen Magnetfeldes angezogen wird. Es ist ebenfalls die Dielektrikumsschicht 53 ersichtlich.

[0026] Als Dielektrikum eignen sich vor allem Kupfer und gegebenenfalls Silber. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, in die Nut 51, welche dann entsprechend tief ausgeführt wird, einen Kunststoff einzuspritzen, bzw. ein Material einzugiessen, welches bei den vorkommenden Temperaturen genügend scherfest bleibt und doch in die Nut eingegossen werden kann. Ein solches Material kann grundsätzlich auch ein Kunststoff oder Kunststoffklebstoff sein. Im Falle des Eingiessens oder Einspritzens erübrigt sich ein Pressvorgang, so dass die Breite der Nut 51 und die Stegdicke, welche verbleibt, entsprechend auszuwählen sind. Es hat sich gezeigt, dass die Nutbreite bzw. die Schichtdicke der Dielektrikumsschicht 53 in fertigem Zustand zwischen 0,1 und 0,3 mm liegen soll, wobei der untere Wert durch die zu übertragenden Kräfte gegeben ist.

[0027] Durch das Einbringen einer dielektrischen Festkörperschicht. wird im Spulenkörper die Rema-- nenz zwischen Ankerscheibe und Spulenkörper wesentlich verringert oder ausgeschaltet, was eine entsprechend höhere Schaltfolge beim Schalten elektromagnetischer Bremsen oder Kupplungen erlaubt.

[0028] Die Herstellung eines derartigen ferromagnetischen Teiles mit einer oder mehreren dielektrischen Trennschichten ist auf diese Weise äusserst einfach herzustellen und daher billig.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines mindestens eine dielektrische Trennschicht aufweisenden Teiles aus einem ferromagnetischen Rohling (30), wobei in den Rohling eine Vertiefung (31) eingearbeitet wird, die derart gestaltet ist, dass die Einzelteile des Rohlings über mindestens eine Randbrücke (32) zusammenhängen, worauf in die Vertiefung ein nichtferromagnetisches Material (34) eingebracht wird, und der Rohling derart materialabtragend bearbeitet wird, dass die ferromagnetischen Teilstücke ausschliesslich über nichtferromagnetisches Material miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (30) in Blockform auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher er plastisch deformierbar ist und dann eine die genannte Vertiefung (31) herbeiführende plastische Verformung des Rohlings vorgenommen wird und dass nach Einbringung des nichtferromagnetischen Materials (34) in die Vertiefung der Rohling vor der materialabtragenden Bearbeitung mit dem eingebrachten nichtferromagnetischen Material verpresst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Dielektrikum Cu oder Ag wählt, z. B in die Vertiefung eines Cu-Ring oder Ag-Ring oder einen Cu-Rohling bzw. einen Ag-Rohling einlegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man mit dem Dielektrikum Beiz- und Benetzungsmittel einbringt, um beim anschliessenden Pressen eine Hartlötverbindung herzustellen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man vor dem Verpressen zusätzlich Silberlot beigibt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Vertiefung ausgiesst, z.B. mit einem Kunststoff.

6. Verfahren zum Herstellen eines mindestens eine dielektrische Trennschicht aufweisenden Teiles aus einem ferromagnetischen Rohling (45), wobei in den Rohling eine Nut (51) eingearbeitet wird, die derart gestaltet ist, dass die Einzelteile des Rohlings über mindestens eine Randbrücke zusammenhängen, worauf in die Nut ein nichtferromagnetisches Material (52) eingebracht wird, und der Rohling derart materialabtragend bearbeitet wird, dass die ferromagnetischen Teilstücke ausschliesslich über nichtferromagnetisches Material miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einbringung des nichtferromagnetischen Materials (52) in die Nut (51) der Rohling vor der Endbearbeitung mit dem eingebrachten nichtferromagnetischen Material (52) verpresst wird.

7. Ferromagnetischer Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen Spulenkörper mit durch eine dielektrische Festkörperschicht voneinander getrennten Polen ist.

8. Ferromagnetischer Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mindestens im Schnitt hufeisenförmig, z. B. ringförmig, ausgebildet ist, und dass der eine Pol vom Restkörper durch eine dielektrische Festkörperschicht getrennt ist, zum Zwecke, die Remanenz zwischen Ankerscheibe und Spulenkörper zu verhüten.

9. Ferromagnetischer Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der dielektrischen Festkörperschicht (ö) 0,1 ::::; δ ≤ 0,3 mm beträgt.

10. Verwendung des ferromagnetischen Teiles nach einem der Ansprüche 7 bis 9 als Spulenkörper in elektromagnetischen Bremsen oder Kupplungen zur Erhöhung der Schaltfolge.

Claims

1. Process for producing a piece having at least one dielectric separating layer from a ferromagnetic blank (30), a recess (31) being worked into the blank, which recess is so formed that the individual parts of the blank are joined together by at least one border-bridge (32), whereupon a non-ferromagnetic material (34) is introduced into the recess and the blank is subjected to a material-removing operation so that the ferromagnetic parts are joined together only through non-ferromagnetic material, characterised in that the blank (30) is heated in the form of a block to a temperature at which it is plastically deformable and plastic deformation of the blank is carried to form the said recess (31), and that after introduction of the non-ferromagnetic material (34) into the recess, the blank together with the non-ferromagnetic material introduced is compressed before the material-removing operation is carried out.

2. Process according to claim 1, characterised in that the dielectric used is Cu or Ag, e.g. a Cu ring or Ag ring or a Cu blank or Ag blank is introduced into the recess.

3. Process according to claim 1 or claim 2, characterised in that mordants or wetting agents are introduced with the dielectric to produce a hard-solder joint during the subsequent compression.

4. Process according to claim 3, characterised in that silver solder is introduced in addition before compression.

5. Process according to claim 1, characterised in that the recess is filled out by pouring e.g. a plastics material into it.

6. Process for producing a piece having at least one dielectric separating layer from a ferromagnetic blank (45), a groove (51) being worked into said blank, which groove is so formed that the in- vididual parts of the blank hang together through at least one border-bridge, whereupon a non-ferromagnetic material (52) is introduced into the groove and the blank is subjected to a material-removing operation so that the ferromagnetic parts are joined together only through non-ferromagnetic material, characterised in that after introduction of the non-ferromagnetic material (52) into the groove (51), the blank is compressed together with the non-ferromagnetic material (52) introduced therein before the final finishing operation is carried out.

7. Ferromagnetic piece according to one of the claims 1 to 6, characterised in that the said piece is a coil shell with poles separated by a layer of solid dielectric.

8. Ferromagnetic piece according to one of the claims 1 to 7, characterised in that the said piece is horse-shoe shaped at least in section, e.g. annular, and that one pole is separated from the remaining piece by a layer of solid dielectric, for the purpose of preventing remanence between the armature disc and the coil shell.

9. Ferromagnetic piece according to one of the claims 1 to 8, characterised in that the layer thickness of the layer of solid dielectric (8) is 0.1 , 8 0.3 mm.

10. Use of the ferromagnetic piece according to one of the claims 7 to 9 as coil shell in electromagnetic brakes or clutches for increasing the switching sequence.

Revendications

1. Procédé de fabrication à partir d'une ébauche (30) ferromagnétique d'un élément comprenant au moins une couche de séparation diélectrique, un évidement (31) étant pratiqué dans l'ébauche et ledit évidement étant conçu tel que les pièces constitutives de l'ébauche sont réunies par au moins un pont (32) marginal, une matière (34) non-ferromagnétique étant ensuite introduite dans l'évidement et l'ébauche étant soumise à un procédé d'enlèvement de matière de telle sorte que les parties constitutives ferromagnétiques sont seulement connectées par l'intermédiaire de matière non-ferromagnétique, caractérisé en ce que l'ébauche (30) sous forme de bloc est chauffée à une température à laquelle il peut être déformé de manière plastique et qu'ensuite une déformation plastique de l'ébauche est faite provoquant ledit évidement (31) et qu'après l'introduction de la matière (34) non-ferromagnétique dans l'évidement, l'ébauche est comprimée avec la matière non-ferromagnétique introduite avant d'être soumis au procédé d'enlèvement de matière.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit comme matière diélectrique le cuivre ou l'argent, par exemple qu'on met dans l'évidement un anneau en cuivre ou un anneau en argent ou une ébauche en cuivre respectivement une ébauche en argent.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on introduit avec la matière diélectrique des agents décapant et humidifiant afin de réaliser une brasure lors de la compression subséquente.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on ajoute additionnellement de l'argent d'apport de brasage avant la compression.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on coule par exemple une matière synthétique dans l'évidement.

6. Procédé pour la fabrication à partir d'une ébauche ferromagnétique (45), un élément comprenant au moins une couche de séparation diélectrique, une rainure (51) étant travaillée en l'ébauche et la rainure étant conçue de telle sorte que les parties constitutives de l'ébauche sont unies par au moins un pont marginal, une matière (52) non-ferromagnétique étant ensuite introduite dans la rainure et l'ébauche étant soumise à un procédé d'enlèvement de matière de telle sorte que les pièces constitutives ferromagnétiques sont unies uniquement au moyen de matière non-ferromagnétique, caractérisé en ce qu'après l'introduction de la matière non-ferromagnétique (52) dans la rainure (51) de l'ébauche, la matière non-ferromagnétique (52) introduite est comprimée avant le traitement final.

7. Élément ferromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que celui-ci est un corps de bobine ayant des pôles séparés par une couche solide diélectrique.

8. Élément ferromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que celui-ci a au moins dans sa section la forme d'un fer à cheval, par exemple annulaire, et qu'un pôle du corps restant est séparé par une couche diélectrique solide afin d'éviter la rémanence entre le disque d'induit et le corps de bobine.

9. Élément ferromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche diélectrique solide (8) est de 0,1 , ö % 0,3 mm.

10. Utilisation de l'élément ferromagnétique selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 comme corps de bobine dans des freins ou embrayages électromagnétiques pour augmenter la cadence des manoeuvres.

Zeichnung