DE2953568A1 - Rohrfoermiges, axial betaetigbares solenoid - Google Patents

Rohrfoermiges, axial betaetigbares solenoid

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DE2953568A1
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Kenneth Lee Centerville Ohio Roy
William Dennis New Carlisle Ohio Sadgebury
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Description

Patentanwälte
Oipl-Ing Dipl-Chem Dipl.-Ing
E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
Ernsber ger st r asse 19
8 München 60
1. Oktober 1980 Europäische Patentanmeldung Nr. 79301916.7
LEDEX, INC.
801 Scholz Drive
Vandalia, Ohio 45 377 / V.St.At Unser Zeichen; L 1125 Rohrförmiges, axial betätigbares Solenoid
Die Erfindung bezieht sich auf ein rohrförmiges axial betätigbares Solenoid. Insbesondere soll eine Konstruktion für derartige Solenoide angegeben werden, mittels der die Herstellung der Solenoide gegenüber bekannten rohrförmigen Solenoiden vereinfacht und verbilligt werden kann.
Es ist in vielen Fällen erwünscht, rohrförmige Solenoide für lineare Arbeitsbewegungen zu verwenden. Derartige Solenoide können in der Regel mit verhältnismäßig geringen Kosten hergestellt werden; außerdem haben sie eine kompakte Form. Um jedoch am Markt erfolgreich zu sein, müssen derartige Solenoide mit bekannten offenrahmigen Solenoiden konkurrieren können. Dies war bisher aufgrund der einzelnen angewandten Konstruktionen nur sehr schwierig und teilweise kaum möglich, da für die Herstellung teure Einzelteile verwendet werden mußten und aufwendige Fertigungstechniken notwendig waren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion für rohrförmige Solenoide anzugeben, durch die deren Herstellung vereinfacht und deren Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gesteigert werden kann.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im ersten Patentanspruch angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Bei einem Solenoid gemäß der Erfindung ist demnach einer der Magnetpole bzw. der Boden des Solenoids als mit dem Gehäuse verbundenes einstückiges Teil des gezogenen Metailgehäuses ausgebildet. Der Arbeitsspalt zwischen dem Kolbenanker und dem Bodenpolteil wird durch eine dünne Kunststoffschicht bestimmt, die ihrerseits eine an den die elektrische Spule tragenden Spulenkörper angeformte Abschlußwand bildet. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Spulenkörper mit einer sich axial nach vorne erstreckenden Hülse versehen, mittels der das Solenoid montiert und gehalten werden kann. Auf dieser Hülse kann eine magnetische Rundscheibe gehalten sein, die den Magnetkreis zwischen Gehäuse und Kolbenanker schließt.
Zur Stromversorgung der elektrischen Spule auf dem Spulenkörper sind zwei Stromanschlußdurchführungen in den Spulenkörper eingeformt bzw. eingesetzt. Auch dies verbilligt die Herstellung des Solenoids und steigert außerdem dessen Betriebssicherheit.
Mit der Erfindung wird ein billig herzustellendes Solenoid angegeben, das ein an einem Ende offenes und ein am anderen Ende geschlossenes gezogenes Gehäuse aufweist, wobei der eine Magnetpol des Solenoids als Boden des Gehäuses ausgebildet ist. Außerdem weist das Solenoid am offenen Ende des Gehäuses ein als Magnetzweig dienendes Abschlußteil auf, über das der Magnetrückfluß zu dem Kolbenanker hergestellt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Solenoid einen billig herzustellenden und mit einem Gewinde versehenen hülsenförmigen Ansatz auf. Dieser Ansatz kann mit dem Spulenkörper ein einstückiges Teil sein; auch ist es möglich, diese Ansatzhülse als langgezogene Blechhülse auszubilden, die dann auf ein sich nach vorne erstreckendes zylindrisches Ansatzrohr des Spulenkörpers aufgesteckt ist.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert ist. In der Zeichnung stellen dar:
Figur 1 einen Querschnitt durch ein rohrförmiges Solenoid, gemäß dem Stande der Technik;
Figur 2 einen Querschnitt durch ein Solenoid gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform;
Figur 3 einen Querschnitt durch ein Solenoid gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform längs den Linien 3-3 in Figur 4;
Figur 4 eine Vorderansicht des in Figur 3 dargestellten Solenoids;
Figur 5 eine geschnittene und im vergrößerten Maßstab dargestellte Teilansicht längs der Linie 5-5 in Figur 6 zur Darstellung der Art der Durchführung und Einfügung der Anschlüsse einer elektrischen Spule in einem Spulenkörper;
Figur 6 eine Aufsicht eines Teiles eines Spulenkörpers mit den eingesetzten elektrischen Anschlüssen;'
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Figur 7 eine Ansicht ähnlich der in Figur 6 zur Darstellung der Art der Herausführung der Stromanschlüsse durch öffnungen in einem Steckeranschluß des Spulenkörpers;
Figur 8 einen Querschnitt ähnlich dem in Figur 5 längs den Linien 8-8 in Figur 7, wobei ein abgebogener und mit der elektrischen Spule verbundener Anschlußdraht dargestellt ist;
Figur 9 eine teilweise geschnittene Teilansicht eines Solenoids gemäß der Erfindung in einer weiteren Ausführungsform, die gegenüber der in Figur 3 gezeigten modifiziert ist;
Figur 10
und 1OA Teilquerschnitte durch Solenoide, die gegenüber dem in Figur 3 gezeigten Solenoid abgewandelt sind.
In Figur 1 ist ein Solenoid gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das Solenoid weist einen als Boden ausgebildeten maschinell hergestellten Magnetpol 10 auf, der in einem hülsenförmigen zylindrischen Gehäuse 11 aufgenommen ist und einen Pol des Solenoids bildet. Mit dem Boden 10 ist ein Ende einer nicht magnetischen gehäuseinneren Führungshülse 12 z.B. durch Stauchen, Pressen oder auf andere Weise verbunden, die eine gehäuseinnere Führung für einen Kolbenanker 13 bildet. Der Magnetkreis von Gehäuse und Kolbenanker wird durch einen maschinell hergestellten Deckel 14 mit einem Gewindeansatz geschlosssen, wobei der Deckel an dem dem Boden 10 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses mit diesem verbunden ist. Ein Spulenkörper bzw. eine Aufnahmespule aus Kunststoff, die eine elektrische Spule 16 trägt, ist auf die innere Führungshülse 12 zwischen dem Deckel 14 und dem Boden 10 aufgeschoben. Der Kolbenanker weist eine Nut 17 auf, in der ein Sprengring 18 aufgenommen ist. Der Sprengring bildet eine Schulter, die an einem nicht metallischen
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Distanzring 19 anliegt. Beim Betrieb des Solenoids verhindert dieser Distanzring 19 , daß das als Nase ausgebildete hintere Ende des Kolbens in Kontakt mit der konischen Ausnehmung in dem Boden 10 kommt, wodurch ein Arbeitsluftspalt sichergestellt ist.
Bei der Herstellung derartiger in Figur 1 gezeigter rohrförmiger Solenoide müssen die Maßtoleranzen der verschiedenen Teile sehr genau eingehalten werden, damit der Kolbenanker bei der Erregung des Solenoids nicht in Kontakt mit dem Boden bzw. dem Magnetpol 10 kommt, um einen Luftspalt aufrechtzuerhalten, wie dieses dargestellt ist. Außerdem müssen der Boden und der Deckel 14 einzeln maschinell hergestellt und in das zylindrische Gehäuse 11 eingepaßt werden. In den Gewindeansatz des Deckels 14 ist ein Befestigungsgewinde 14a eingeprägt oder eingeschnitten. Die elektrische Spule 16 ist außerdem mit herkömmlichen Stromanschlußleitungen versehen, die durch einen Schlitz oder eine Öffnung in der seitlichen Außenwand des Bodens 10 herausgeführt sind.
In Figur 2 ist ein Solenoid gemäß der Erfindung dargestellt. Das Solenoid weist ein gezogenes zylindrisches Gehäuse 20 aus einem eisenhaltigen oder einem geeigneten Magnetmaterial auf. Das Gehäuse weist ein offenes und ein geschlossenes Ende auf. Das geschlossene Ende des Gehäuses 20 ist als sich in das Gehäuseinnere erstreckende Magnetpolfläche 22 ausgebildet.
In dem Gehäuse ist ein Kunststoffspulenkörper 25 aufgenommen, auf den eine elektrische Spule 26 zwischen Seitenwänden 27 und des Spulenkörpers 25 aufgewickelt ist. Der Spulenkörper 25 weist ein mit diesem einstückiges Ansatzrohr 29 auf, das sich nach vorne durch das offene Ende des Solenoidgehäuses 20 erstreckt. Der Spulenkörper weist ferner eine mit ihm einstückige
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rückwärtige Abschlußwand 30 am Boden des Gehäuses auf, die an die vorspringende, sich in das Gehäuseinnere erstreckende Magnetpolfläche 22 des Gehäuses 20 formmäßig angepaßt ist und an dieser direkt anliegt.
Der Spulenkörper 25 und das Ansatzrohr 29 begrenzen eine zylindrische öffnung, in der ein Kolbenanker 35 aus einem geeigneten Magnetmaterial gleitend auf genominen ist. Der Kolbenanker 35 weist an seinem hinteren Ende eine konische Ausnehmung 35 auf, die , wenn das Solenoid erregt wird, sich direkt an die rückwärtige Abschlußwand 30 anlegt. Die Abschlußwand 30 bildet somit eine Prallfläche für den Kolbenanker 35 und hält außerdem den Kolbenanker 35 in einem exakten Abstand von der Magnetpolfläche 22.
Die Rückwand des Gehäuses 20 weist eine öffnung auf, durch die ein an den Spulenkörper 25 angeformter Steckeranschluß in Form einer Nase hindurchragt, der zwei elektrische Stromanschlüsse aufnimmt, wie dies weiter unten in Verbindung mit den Figuren 5 bis 8 beschrieben wird. Das Ansatzrohr 29 des Spulenkörpers 25 ist mit einer zylinderförmigen Blechbuchse 40 umgeben. Die Buchse 40 weist ein dem Solenoidinneren zugewandten Flanschabschnitt 41 auf, der an der vorderen Seitenwand 28 des Spulenkörpers anliegt und hier durch eine abgebogene Vorderfläche 45 an dem vorderen Ende des Gehäuses gehalten wird. Der axiale zylindrische Teil der Buchse 40 ist mit einem eingepreßten Gewinde 46 versehen, auf das eine aus Blech gefertigte Schraubhülse geschraubt werden kann. Diese Schraubhülse 48 weist einen dem Gehäuseinneren zugewandten Flanschabschnitt 49 auf und ist, ihrerseits mit einem Innengewinde versehen, auf die Buchse 40 geschraubt, wodurch das Solenoid an einerHalteplatte oder einem anderen Halte-
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.element befestigt und gehalten werden kann. Die Buchse 4 0 ist aus einem geeigneten magnetisch leitenden Material und mit dem Gehäuse durch den Flanschabschnitt 41 über die nach innen abgebogene Vorderfläche 4 5 magnetisch verbunden und bildet so einen Magnetzweig zu dem Kolbenanker 35. Die Schraubhülse 48 kann entweder aus magnetischem oder nicht magnetischem Material sein.
Das beschriebene Solenoid bietet mehrere Vorteile gegenüber bekannten Solenoiden gemäß Figur 1, insbesondere im Hinblick auf eine kostengünstige Herstellung. So wird an das gezogene Metallgehäuse 20 eine Magnetpolfläche 22 angeformt, wodurch der Boden bzw. das Magnetpolstück nicht ein separates Bauteil zu sein braucht, wie dies in Figur 1 gezeigt ist. Der als Kunststoffspritzteil ausgebildete Spulenkörper 25 dient gleichzeitig mit seiner angeformten Abschlußwand 30 dazu, den Kolbenanker in einer exakten Entfernung von der Magnetpolfläche 22 zu halten. Aus diesem Grunde braucht auch in dem Kolbenanker keine in ihrer Lage genau festzulegende Nut für einen Sprengring vorgesehen zu werden; außerdem ist auch kein Distanzelement entsprechend dem Distanzring 19 gemäß dem Stand der Technik notwendig. Die Dicke der Abschlußwand ist die einzige für den effektiven Luft- bzw. Arbeitsspalt zu berücksichtigende Maßtoleranz, während sich bei bekannten Solenoiden durch die Vielzahl der Einzelteile die Maßungenauigkeiten vervielfachen können, wodurch der effektive Arbeits- bzw. Luftspalt stark variiert. Zudem kann die Blechbuchse 40 mit dem eingepreßten Gewinde kostengünstiger als der bei bekannten Solenoiden verwendete Deckel mit einem Gewindeansatz hergestellt werden. Außerdem bildet der Spulenkörper 25 selbst die inneren Führungsflächen für den Kolbenanker 35, so daß eine eigene zylindrische nicht^,magnetische
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Führungshülse 12 wie bei einem Solenoid gemäß der Figur 1 nicht mehr benötigt wird.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Solenoids gezeigt, bei dem das Konstruktionsprinzip für das Solenoid gemäß Figur 2 verwendet wird, das jedoch hinsichtlich der Herstellungskosten und der Struktur zusätzliche Vorteile aufweist. Hier wird ebenso ein gezogenes Gehäuse verwendet, das dem Gehäuse 20 entspricht. Das Gehäuse weist an seinem Boden ebenfalls eine allerdings stärker nach innen sich erstreckende Magnetpolfläche 52 auf. Ein als Kunststoff-Spritzgußteil ausgebildeter Spulenkörper 55 ist in dem Gehäuse 50 aufgenommen und trägt auf seiner Außenseite eine aufgewickelte elektrische Spule 56 zwischen zwei Seitenwänden 57 und 58. Wie in Figur 3 dargestellt, ist ein Teil des Spulenkörpers 55 mit seiner inneren Spulenöffnung über die äußere Oberfläche der sich in das Gehäuseinnere erstreckenden Magnetpolfläche 52 geschoben, ähnlich wie der Spulenkörper 25 des oben beschriebenen Solenoids weist der Spulenkörper 55 dieses Solenoids eine der Abschlußwand 30 entsprechende Distanzwand 60 auf, die einstückig mit dem Spulenkörper ausgebildet ist und formmäßig an die Innenseite der Magnetpolfläche 52 des Gehäuses 50 angepaßt ist sowie an dieser anliegt.
Der Spulenkörper 55 weist an seinem vorderen Ende ein angeformtes Ansatzrohr 59 mit einer axialen zylindrischen öffnung auf, in der ein Kolbenanker 35 gleitend gelagert ist. Wie bei dem Solenoid gemäß der Figur 2 dient die rückwärtige Distanzwand 60 als eine Prall- bzw. Anlagefläche für den Kolbenanker 35, wodurch dieser in einem exakten Abstand von der Magnetpolfläche 52 gehalten wird.
In der Rückwand des Gehäuses 50 ist eine öffnung vorgesehen,
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durch die ein an den Spulenkörper angeformter Steckeranschluß hindurchragt, der dem Steckeranschluß 36 des Spulenkörpers gemäß Figur 2 entspricht. Dieses Teil wird genauer in Verbindung mit den Figuren 5 bis 8 beschrieben. Das vordere Ansatzrohr 59 ist wiederum mit einem Außengewinde 67 zur Befestigung des Solenoids versehen. Auf das Gewinde des Ansatzrohres 59 ist eine Rundscheibe bzw. ein Ring 70 aus Magnetmaterial geschraubt, der an der Seitenwand 58 des Spulenkörpers anliegt. Der Ring 70 weist an seinem Außenumfang eine im Querschnitt halbkreisförmige Ringnut 71 auf. Das Gehäuse ist am vorderen Endabschnitt 72 abgebogen und greift dort in die Ringnut 71 ein. Damit ist die gesamte Baueinheit fertiggestellt. Der Ring 70 bildet einen Ankerzweig zwischen Gehäuse 50 und dem Kolbenanker 35.
In Figur 9 ist eine andere Ausführungsform für die Halterung eines vorderen Weicheisenrings dargestellt, mit dem der Magnetkreis zwischen Gehäuse und Kolbenanker 35 geschlossen wird. Bei dieser Ausführungsform gemäß Figur 9 ist der Ring 70a direkt in das vordere Ansatzrohr 59 des Spulenkörpers 55 eingelegt, so daß er an der vorderen Seitenwand 58 des Spulenkörpers anliegt. Eine solche Ausführungsform kann dann von Vorteil sei?,, wenn höhere Produktionszahlen die zusätzlichen Kosten für das zusätzliche Einspritzen bzw. Einsetzen des Rings 70a direkt auf den Spulenkörper 55 rechtfertigen. Ebenso kann ein aufgetrennter Ring verwendet werden, wobei dann die beiden Ringhälften auf dem Spulenkörper in der Aufnahmenut zusammengefügt werden, wie dieses dargestellt ist. Wenn dann das Gehäuse am vorderen Ende abgebogen wird, werden auch die Ringhälften auf dem Spulenkörper gehalten.
In den Figuren 10 und 10A sind Modifikationen eines Solenoids gemäß der Figur 3 gezeigt, bei denen die magnetischen Anziehungs-
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kräfte vergrößert sind. Bei der Ausführungsform gemäß Figur wird ein einfacher Stöpsel 75 aus Weicheisen mit festem Sitz in die nach außen weisende Gehäuseausnehmung eingepreßt>äie durch die sich in das Gehäuseinnere erstreckende Magnetpolfläche 52 gebildet wird. Der Stöpsel 75 verstärkt die Magnetflußdichte über den Arbeitsspalt, der durch die rückwärtige Wand 60 des Spulenkörpers 55 gebildet wird. Der gleiche Effekt kann bei niedrigeren Herstellungskosten dadurch erreicht werden, indem der Magnetverstärkung skörper eine oder mehrere Kugeln 76 aus Flußstahl aufweist, die in die nach außen sich öffnende, durch die Magnetpolfläche 52 begrenzte Gehäuseausnehmung eingepreßt sind, wie dieses in Figur 10A gezeigt ist.
In den Figuren 5 bis 8 ist dargestellt, wie vorzugsweise die elektrischen Stromanschlüsse an die Seitenwände des Spulenkörpers angeformt und von diesen gehalten werden. In den Figuren 5 bis 8 ist der Spulenkörper 50 gemäß Figur 3 dargestellt; jedoch kann diese Ausführung des Stromanschlusses selbstverständlich auch in Verbindung mit dem Spulenkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 verwendet werden. Zwei Anschlußdrähte 80 und 82 sind mit ihren dem Solenoidinneren zugewandten Enden in die Seitenwand 57 des Spulenkörpers parallel zueinander eingefügt, wie dieses in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist. Der Steckeranschluß bzw. das Anschlußteil 66 weist zwei axial verlaufende öffnungen auf, in denen die Anschlußdrähte 80 und 82 aufgenommen sind. Die Außenwand des Anschlußteiles 66 ist durch Schlitze 85 gemäß Figur 7 durchschnitten, die bis in die öffnungen 84 reichen. Die Anschlußdrähte 80 und 82 werden entsprechend in die Seitenwand 57 des Spulenkörpers eingeformt; Spulendrähte 87 der elektrischen Spulen 56 werden dann um die entsprechenden Anschlußdrähte 80 und 82 herumgewickelt und
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festgeschweißt. Die Anschlußdrähte werden dann abgebogen,, wie. dieses durch den Pfeil 90 in Figur 8 gezeigt ist und dabei durch die Schlitze 85 in die öffnungen 84 in ihre Endlage eingebogen. Die Schlitze 85 des Anschlußteiles 66 aus Kunststoffmaterial schließen sich danach, wodurch das Anschlußteil 66 die Anschlußdrähte 80 und 82 von der benachbarten Außenwand des Gehäuses 50 elektrisch isoliert . Durch die Einlagerung der Anschlußdrähte und ihr Eindringen in ein mit dem Spulenkörper einstückig ausgebildetes Anschlußteil über die Schlitze wird das umständliche Verdrahten und Handhaben der biegsamen Spulenanschlußdrähte bei üblichen Solenoiden vermieden. Auch auf diese Weise werden die Herstellungskosten eines Solenoids gemäß der Erfindung verringert. Außerdem wird das Einsetzen des Spulenkörpers mit der Spule in das gezogene Solenoidgehäuse vereinfacht.
Die beschriebenen Solenoide sind bevorzugte Ausführungsformen gemäß der Erfindung. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Änderungen und Modifikationen können vorgenommen werden, ohne daß das Ziel der Erfindung verlassen wird.
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Claims (1)

  1. Patentanwälte 2953568 Dipl.-Ing. Dipl-lng Dipl -Chem G. Leiser E. Prinz Dr. G. Hauser Ernsbergerstresse 19 8 München 60
    1. Oktober 1980 Europäische Patentanmeldung Nr. 79301916.7
    LEDEX, INC.
    Scholz Drive
    Vandalia, Ohio 45 377 / V.St.A.
    Unser Zeichen: L 1125
    Rohrförmiges, axial betätigbares Solenoid
    Patentansprüche
    Rohrförmiges, axial betätigbares Solenoid mit einem zylinderförmigen Gehäuse (20, 50), einem in diesem Gehäuse aufgenommenen Spulenkörper (25, 55), der eine elektrische Spule (26, 56) trägt und eine axiale öffnung aufweist, sowie ferner mit einem Kolbenanker (35), der in der Spulenöffnung angeordnet und bei seiner Bewegung geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20, 50) aus Metall bzw. Blech geformt ist und ein offenes und ein angeformtes geschlossenes Ende aufweist, und daß das geschlossene Ende als sich nach innen in die Spulenöffnung erstreckende und mit dem Kolbenanker (35) magnetisch zusammenwirkende Magnetpolfläche ausgebildet ist.
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    ORIGINAL INSPECTED
    '2. Solenoid nach Anspruch 1, dadurch gekennnzeichnet, daß der Spulenkörper (25, 55) eine angeformte Abschlußwand (30, 60) aufweist, die formmäßig an die sich nach innen in die Spulenöffnung erstreckende Magnetpolfläche (22, 52) angepaßt ist und an deren Gehäuseinnenfläche anliegt, und daß diese Abschlußwand eine Prallfläche für den Kolbenanker (35) bildet und den Kolbenanker in Abstand von der Polfläche hält.
    3. Solenoid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Spulenkörper nahe dem offenen Ende des Gehäuses (50) eine metallene Rundscheibe (70) abgestützt ist, die längs ihres Umfanges eine Ringausnehmung bzw. Ringnut (71) aufweist, und daß das Gehäuse am offenen Ende abgebogen (bei 72) und dieser abgebogene Endabschnitt in der Scheibenringnut aufgenommen ist, so daß die Scheibe einen Magnetzweig zu dem Kolbenanker (35) bildet.
    4. Solenoid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in das Gehäuseinnere erstreckende Magnetpolfläche (52) eine nach außen sich öffnende Gehäuseausnehmung begrenzt, in die ein Magnetverstärkungskörper (75, 76) zur Erhöhung der Magnetflußdichte des Magnetpoles eingepreßt ist.
    5. Solenoid nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärkungskörper ein Weicheisenteil (75) oder zumindest eine Kugel (76) aus Flußstahl aufweist.
    6. Solenoid nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20, 50) aus gezogenem Stahl ist.
    130032/0011
DE19792953568 1978-09-18 1979-09-17 Rohrfoermiges, axial betaetigbares solenoid Withdrawn DE2953568A1 (de)

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