DE102017006554A1

DE102017006554A1 - Elektromagnet

Info

Publication number: DE102017006554A1
Application number: DE102017006554.3A
Authority: DE
Inventors: Olaf Ohligschläger; Axel Müller; Thomas Rolland
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2017-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2037-07-12
Also published as: DE102017006554B4

Abstract

Kurzfassung
Es soll ein kostengünstig herstellbarer Spulenkörper beschrieben werden, der eine starke Wärmeabfuhr aus der Drahtwicklung zur Umgebung des Elektromagneten bewirkt. Das örtliche Ziel der Wärmeabfuhr, Gehäuse oder Arbeitsfluid, soll für unterschiedliche Anwendungen beeinflussbar sein. Schließlich sollen Wirbelströme unterdrückt werden, insbesondere durch geringe elektrische Leitfähigkeit von Bauteilen des Spulenkörpers... Lösung: Der Spulenkörper enthält mindestens ein rotationssymmetrisches Spulenkörperbauteil, dessen Material eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 5 W/(m*K) und eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 0,01/ (m*Ω) aufweist, wobei das Spulenkörperbauteil durch ein Spritzgussverfahren urgeformt ist.
Anwendung: Der Elektromagnet wird in elektromagnetisch angesteuerten Ventilen und in elektromagnetisch angetriebenen Hubkolbenpumpen eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs
Stand der Technik:
DE 10 2012 017 916 B3 Spulenkörper aus mindestens 2 Teilen, eines mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit und eines mit sehr geringer elektrischer Leitfähigkeit. Diese Lösung ist recht aufwendig und daher nicht für alle Anwendungen geeignet.
Aufgabe:
Es soll ein kostengünstig herstellbarer Spulenkörper beschrieben werden, der eine starke Wärmeabfuhr aus der Drahtwicklung zur Umgebung des Elektromagneten bewirkt. Das örtliche Ziel der Wärmeabfuhr, Gehäuse oder Arbeitsfluid, soll für unterschiedliche Anwendungen beeinflussbar sein. Schließlich sollen Wirbelströme unterdrückt werden, insbesondere durch geringe elektrische Leitfähigkeit von Bauteilen des Spulenkörpers.
Lösung:
Die Aufgaben werden durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 angegeben, die nebengeordneten Ansprüche 13 und 14 beschreiben Verfahren zur Herstellung des Spulenkörpers für den Elektromagneten.
Der Elektromagnet besteht mindestens aus einer Drahtwicklung, einem Spulenkörper, einem Eisenrückschluss, einem Magnetpol, einem Magnetjoch und einem Magnetanker.
Der Spulenkörper enthält mindestens ein Spulenkörperbauteil, dessen Material eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 5 W/(m*K) und eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 0,01/ (m*Ω) aufweist, wobei das Spulenkörperbauteil durch ein Spritzgussverfahren urgeformt ist. Mindestens ein Abschnitt dieses Spulenkörperbauteil ist rotationssymmetrisch.
Vorzugsweise bestehen das genannte Spulenkörperbauteil und/oder weitere Spulenkörperbauteile aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/(m*K).
Vorteilhafterweise besteht das genannte Spulenkörperbauteil und/oder weitere Spulenkörperbauteile aus einem Material, das einen elektrischen Oberflächenwiderstand von mehr als 1.000.000 Ω aufweist.
Der Spulenkörper besteht vorzugsweise aus mindestens drei Bauteilen, von denen zwei als seitlich angeordnete Flansche ausgebildet sind, und von denen eines als mittig angeordneter Zylinder ausgebildet ist. Dabei bestehen im Vergleich zu dem Zylinder die Flansche aus einem Material mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit und geben einen vergleichsweise großen Teil der anfallende Wärme aus der Drahtwicklung an den Magnetpol und an das Magnetjoch abgeben, weil sie Berührflächen zu dem Magnetpol einerseits und zu dem Magnetjoch andererseits aufweisen, die größer sind als die Berührflächen zu anderen Bauteilen des Elektromagneten, wobei die Wärmeübergangswiderstände von den Flanschen zu dem Magnetjoch und dem Magnetpol auch durch glatte Oberflächen im Bereich des Wärmeübergangs und durch die Vermeidung von wärmeisolierenden Beschichtungen verbessert werden.
In einer bevorzugten Ausführung besteht dabei der mittig angeordnete Zylinder aus einem Kunststoffmaterial, dass eine erheblich geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als die Flansche, um den Wärmefluss zu lenken.
Vorteilhafterweise bestehen die Flansche aus einem Material mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit. Sie geben in einer weiteren Ausführung einen vergleichsweise großen Teil der anfallende Wärme aus der Drahtwicklung an den Eisenrückschluss ab, weil sie Berührflächen zu dem Eisenrückschluss aufweisen, die groß sind im Vergleich zu den Berührflächen zu anderen Bauteilen des Elektromagneten. Dabei werden die Wärmeübergangswiderstände von den Flanschen zu dem Eisenrückschluss auch durch glatte Oberflächen im Bereich des Wärmeübergangs und durch die Vermeidung von wärmeisolierenden Beschichtungen vermindert.
In einer weiteren Ausführung geben die Flansche einen vergleichsweise großen Teil der anfallenden Wärme aus der Drahtwicklung an den Zylinder und von dort an ein darin angeordnetes Polrohr ab. Dabei weisen sie durch einen Kragen vergrößerte Berührflächen zu dem Zylinder auf, wobei die Wärmeübergangswiderstände von den Flanschen zu dem Zylinder auch durch glatte Oberflächen im Bereich des Wärmeübergangs und durch die Vermeidung von wärmeisolierenden Beschichtungen vermindert werden.
Vorteilhafterweise sind die Flansche mit einer außenliegenden Isolierung versehen, wobei das Material der Isolierung eine erheblich geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als die Flansche oder der Zylinder. Damit wird der Wärmefluss bevorzugt über das Polrohr gelenkt.
Die Flansche sind jeweils mit dem Zylinder verbunden, durch eine Klebung, kraftschlüssig durch eine Presspassung, stoffschlüssig durch eine Schweißung oder formschlüssig durch eine Clipsverbindung.
Zur Herstellung des Elektromagneten wird in einem bevorzugten Verfahren der Spulenkörper insgesamt oder davon mindestens ein Spulenkörperbauteil durch Pulverspritzgießen aus Keramikpulver oder aus Aluminiumpulver hergestellt.
In einem anderen Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten wird der Spulenkörper insgesamt oder davon mindestens ein Spulenkörperbauteil durch Spritzgießen von Kunststoff mit metallischem Füllstoff hergestellt, wobei ein metallischer Füllstoff ausgewählt wird, dessen Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie Silber, Kupfer oder Aluminium.
Durch die Ausführung des Spulenkörpers mit mindestens einem Bauteil, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wird eine gute Ableitung der Wärme erzielt, die in der Drahtwicklung des Elektromagneten bei einer Bestromung anfällt. Diese Wärme wird je nach Ausführung des Spulenkörpers bevorzugt an den Magnetpol und das Magnetjoch, an den Eisenrückschluss oder an das in der Magnetspule angeordnete Polrohr abgeleitet.
Die weitere Ableitung der Wärme erfolgt über das Gehäuse an die weitere Umgebung des Elektromagneten oder vom Polrohr an ein Arbeitsfluid.
Durch die gute Ableitung der Wärme kann der Elektromagnet für eine hohe Leistung ausgelegt werden, ohne dass eine Überhitzung auftreten kann.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei einer Wärmeableitung über das Polrohr und folgend an das Arbeitsfluid. Dabei wird das Arbeitsfluid erwärmt und erreicht nach der Inbetriebnahme recht schnell seine geeignete Arbeitstemperatur.
Anwendung: Der Elektromagnet wird in elektromagnetisch angesteuerten Ventilen und in elektromagnetisch angetriebenen Hubkolbenpumpen eingesetzt.
Bilder und beispielhafte Ausführung:
1 zeigt den Elektromagneten (1), der mindestens aus einer Drahtwicklung (2), einem Spulenkörper (3), einem Eisenrückschluss (4), einem Magnetpol (5), einem Magnetjoch (6) und einem Magnetanker (7) besteht.
Der Spulenkörper (3) enthält mindestens ein abschnittsweise rotationssymmetrisches Spulenkörperbauteil (10), dessen Material eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 5 W/(m*K) und eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 0,01/ (m*Ω) aufweist, wobei das Spulenkörperbauteil (10) durch ein Spritzgussverfahren urgeformt ist.
Mindestens ein Abschnitt des Spulekörperbauteils (10) ist rotationssymmetrisch, eine unsymmetrische Abstützung (13) für die Enden der Drahtwicklung (13) ist vorteilhafterweise an dem Spulenkörperbauteil (10) angeformt.
Vorzugsweise besteht das in 2 gezeigte Spulenkörperbauteil (10) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/(m*K).
Weiter vorzugsweise besteht das Spulenkörperbauteil (10) aus einem Material, das einen elektrischen Oberflächenwiderstand von mehr als 1.000.000 Ω aufweist.
3 zeigt einen Spulenkörper (3), der aus drei Bauteilen besteht, von denen zwei als seitlich angeordnete Flansche (8) ausgebildet sind, und von denen eines als mittig angeordneter Zylinder (9) ausgebildet ist, wobei die Flansche (8) aus einem Material mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen und einen vergleichsweise großen Teil der anfallende Wärme aus der Drahtwicklung (2) an den Magnetpol (5) und an das Magnetjoch (6) abgeben, weil sie Berührflächen zu dem Magnetpol (5) einerseits und zu dem Magnetjoch (6) andererseits aufweisen, die größer sind als die Berührflächen zu anderen Bauteilen des Elektromagneten (1), wobei die Wärmeübergangswiderstände von den Flanschen (8) zu dem Magnetjoch (6) und dem Magnetpol (5) auch durch glatte Oberflächen im Bereich des Wärmeübergangs und durch die Vermeidung von wärmeisolierenden Beschichtungen verbessert werden.
4 zeigt einen Spulenkörper (3), bei dem die Flansche (8) mit einer außenliegenden Isolierung (12) versehen sind, wobei das Material der Isolierung eine erheblich geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als die Flansche (8) oder der Zylinder (9).
Bezugszeichenliste

1.: Elektromagnet
2.: Drahtwicklung.
3.: Spulenkörper
4.: Eisenrückschluss
5.: Magnetpol
6.: Magnetjoch
7.: Magnetanker
8.: Flansch
9.: Zylinder
10.: Spulenkörperbauteil
11.: Polrohr
12.: Isolierung
13.: Abstützung

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 102012017916 B3 [0002]

Claims

Elektromagnet (1), mindestens bestehend aus einer Drahtwicklung (2), einem Spulenkörper (3), einem Eisenrückschluss (4), einem Magnetpol (5), einem Magnetjoch (6) und einem Magnetanker (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (3) mindestens ein Spulenkörperbauteil (10) enthält, von dem mindestens ein Abschnitt rotationssymmetrisch ist und dessen Material eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 5 W/(m*K) und eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 0,01/ (m*Ω) aufweist, wobei das Spulenkörperbauteil (10) durch ein Spritzgussverfahren urgeformt ist.
Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenkörperbauteil (10) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/(m*K) besteht.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulenkörperbauteil (10) aus einem Material besteht, das einen elektrischen Oberflächenwiderstand von mehr als 1.000.000 Ω aufweist.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (3) aus mindestens drei Bauteilen besteht, von denen zwei als seitlich angeordnete Flansche (8) ausgebildet sind, und von denen eines als mittig angeordneter Zylinder (9) ausgebildet ist, wobei die Flansche (8) aus einem Material mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen und einen vergleichsweise großen Teil der anfallende Wärme aus der Drahtwicklung (2) an den Magnetpol (5) und an das Magnetjoch (6) abgeben, weil sie Berührflächen zu dem Magnetpol (5) einerseits und zu dem Magnetjoch (6) andererseits aufweisen, die größer sind als die Berührflächen zu anderen Bauteilen des Elektromagneten (1), wobei die Wärmeübergangswiderstände von den Flanschen (8) zu dem Magnetjoch (6) und dem Magnetpol (5) auch durch glatte Oberflächen im Bereich des Wärmeübergangs und durch die Vermeidung von wärmeisolierenden Beschichtungen verbessert werden.
Elektromagnet nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mittig angeordnete Zylinder (9) aus einem Kunststoffmaterial besteht, dass eine erheblich geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als die Flansche (8).
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (3) aus mindestens drei Bauteilen besteht, von denen zwei als seitlich angeordnete Flansche (8) ausgebildet sind, und von denen eines als mittig angeordneter Zylinder (9) ausgebildet ist, wobei die Flansche (8) aus einem Material mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen und einen vergleichsweise großen Teil der anfallende Wärme aus der Drahtwicklung (2) an den Eisenrückschluss (4) abgeben, weil sie Berührflächen zu dem Eisenrückschluss (4) aufweisen, die groß sind im Vergleich zu den Berührflächen zu anderen Bauteilen des Elektromagneten (1), wobei die Wärmeübergangswiderstände von den Flanschen (8) zu dem Eisenrückschluss (4) auch durch glatte Oberflächen im Bereich des Wärmeübergangs und durch die Vermeidung von wärmeisolierenden Beschichtungen vermindert werden.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (3) aus mindestens drei Bauteilen besteht, von denen zwei als seitlich angeordnete Flansche (8) ausgebildet sind, und von denen eines als mittig angeordneter Zylinder (9) ausgebildet ist, wobei die Flansche (8) im Vergleich mit dem Zylinder (9) aus einem Material mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen und einen vergleichsweise großen Teil der anfallende Wärme aus der Drahtwicklung (2) an den Zylinder (9) und von dort an ein darin angeordnetes Polrohr (11) abgeben, weil sie durch einen Kragen (12) vergrößerte Berührflächen zu dem Zylinder (9) aufweisen, wobei die Wärmeübergangswiderstände von den Flanschen (8) zu dem Zylinder (9) auch durch glatte Oberflächen im Bereich des Wärmeübergangs und durch die Vermeidung von wärmeisolierenden Beschichtungen vermindert werden.
Elektromagnet nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (8) mit einer außenliegenden Isolierung (12) versehen sind, wobei das Material der Isolierung eine erheblich geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als die Flansche (8) oder der Zylinder (9).
Elektromagnet nach Anspruch 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (8) jeweils durch eine Klebung mit dem Zylinder verbunden sind.
Elektromagnet nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (8) jeweils durch eine Presspassung kraftschlüssig mit dem Zylinder verbunden sind.
Elektromagnet nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (8) jeweils durch eine Schweißung stoffschlüssig mit dem Zylinder verbunden sind.
Elektromagnet nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (8) jeweils durch eine Clipsverbindung formschlüssig mit dem Zylinder verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten (1), mindestens bestehend aus einer Drahtwicklung (2), einem Spulenkörper (3), einem Eisenrückschluss (4), einem Magnetpol (5), einem Magnetjoch (6) und einem Magnetanker (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (3) insgesamt oder davon mindestens ein Spulenkörperbauteil (10) durch Pulverspritzgießen aus Keramikpulver oder aus Aluminumpulver hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromagneten (1), mindestens bestehend aus einer Drahtwicklung (2), einem Spulenkörper (3), einem Eisenrückschluss (4), einem Magnetpol (5), einem Magnetjoch (6) und einem Magnetanker (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (3) insgesamt oder davon mindestens ein Spulenkörperbauteil (10) durch Spritzgießen von Kunststoff mit metallischem Füllstoff hergestellt wird, wobei ein metallischer Füllstoff ausgewählt wird, dessen Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie Silber, Kupfer oder Aluminium.