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Dokumentenidentifikation DE202005006296U1 11.08.2005
Titel Elektromagneteinheit
Anmelder Bürkert Werke GmbH & Co. KG, 74653 Ingelfingen, DE
Vertreter Prinz und Partner GbR, 81241 München
DE-Aktenzeichen 202005006296
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 11.08.2005
Registration date 07.07.2005
Application date from patent application 20.04.2005
IPC-Hauptklasse F16K 31/06
IPC-Nebenklasse H01F 7/16   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromagneteinheit für ein Magnetventil, mit einer Magnetspule und einem die Magnetspule umgebenden ferromagnetischen Kreis, der ein feststehendes Magnetgehäuse und einen beweglichen Magnetanker umfaßt.

Elektromagnetisch angetriebene Ventile haben eine Magnetspule, einen Magnetanker zum Öffnen und Schließen des Ventils und ein Magnetgehäuse. Bei einfachen Bauformen besteht das Magnetgehäuse aus einem U-förmig gebogenen massiven Blechteil. Diese Bauformen sind aber nur für eine Gleichstromansteuerung geeignet. Ferner ist beispielsweise aus der gattungsgemäßen DE 198 60 631 A1 bekannt, das Magnetgehäuse einstückig aus einem Blechstreifen herzustellen, der zuerst ausgestanzt und nachfolgend gerollt bzw. gebogen wird. Die Möglichkeiten der Formgestaltung sind hier jedoch eingeschränkt.

Wechselstrombetriebene Magnetventile sind zur Vermeidung von Wirbelströmen mit Magnetgehäusen aus gesintertem Ferritmaterial ausgestattet. Diese sind zwar auch zum Betrieb mit Gleichspannung geeignet, jedoch werden aus Kostengründen zwei Ventilausführungen gefertigt. Für das Magnetgehäuse eines gleichstrombetriebenes Ventil kommt im Gegensatz zu einem wechselstrombetriebenen Ventil kein teures Spezialmaterial wie gesintertes Ferrit zum Einsatz, sondern preiswertes Stahlblech.

Die Erfindung schafft eine Elektromagneteinheit für ein Magnetventil, bei der das Magnetgehäuse aus einem Deckel, einem Mantel und einem Boden in Form von mehrschichtigen Transformatorblechteilen zusammengesetzt ist. Ein Vorteil ist die günstige Form des Magnetgehäuses, da es die Magnetspule umschließt. Außerdem lassen sich dünne Blechschichten ohne großen Aufwand paßgenau formen, und der elektrische Widerstand an den Schichtgrenzen reicht bereits aus, um Wirbelstromeffekte auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Somit ist aus Kostengründen eine Fertigung von zwei Ventilausführungen für Gleichstrom und Wechselstrom nicht mehr notwendig.

Transformatorbleche eignen sich deshalb besonders gut, weil sie neben den geeigneten magnetischen Eigenschaften eine geringe Dicke von wenigen Zehntelmillimetern aufweisen. Ferner sind Transformatorbleche ein industrielles Massenprodukt und entsprechend preiswert einsetzbar. Sie sind außerdem auch mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung erhältlich, was für eine noch bessere Reduzierung der Wirbelströme von Vorteil ist.

In einer Ausführungsform sind die Blechteile gestanzt und bedarfsweise gebogen. Da die verwendeten Blechteile eine geringe Dicke aufweisen, sind diese Bearbeitungsschritte einfach und kostengünstig durchführbar.

Der Boden und/oder der Deckel können eine zentrale Öffnung aufweisen. Dadurch ist ein einfaches Zusammensetzen der Elektromagneteinheit möglich, indem beispielsweise der Anker, der Ankergegenpol oder ein Kernführungsrohr einfach axial eingeschoben werden.

In dieser Ausführungsform ist vorzugsweise im Deckel und/oder im Boden ein von der zentralen Öffnung bis zum Außenumfang durchgehender radialen Schlitz vorgesehen. Dieser Schlitz verhindert ein Auftreten von Wirbelströmen in Umfangsrichtung des Deckels bzw. des Bodens.

Der Boden und/oder der Deckel können im zusammengesetzten Zustand mit dem Mantel verstemmt sein. Dies ist eine besonders preiswerte und zuverlässige Art der Befestigung. Vor der Verbindung der Blechteile kann die Magnetspule problemlos in den Mantel eingeführt werden, so daß durch das Verstemmen sehr einfach eine vormontierte Baugruppe aus dem Boden, dem Deckel, dem Mantel und der Magnetspule geschaffen wird.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Mantel des Magnetgehäuses wenigstens einen Durchbruch auf, und die Magnetspule ist vergossen, umpreßt oder umspritzt. Über diesen Durchbruch wird eine flüssige Kunststoffmasse in das Magnetgehäuse eingeleitet, so daß die Magnetspule eine Kunststoffeinbettung erhält. Nach dem Aushärten der Kunststoffmasse sind mögliche Spalte oder Hohlräume verschlossen und die Blechteile des Magnetgehäuses sowie die Magnetspule sind so fixiert, daß ein Auftreten von Klappergeräuschen im Ventilbetrieb nicht mehr möglich ist.

Der Mantel kann eine geringere Dicke aufweisen als der Boden, wobei der Boden auch eine größere Dicke aufweisen kann als der Deckel. Damit werden erhöhte Magnetwiderstände, die vor allem am Boden durch das unmagnetische Kernführungsrohr und den Luftspalt zum beweglichen Magnetanker auftreten, durch größere Blechteildicken kompensiert. Infolge des Mehrschichtaufbaus der Blechteile kann die Blechteildicke über die Schichtanzahl sehr leicht variiert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:

1 einen schematischen Schnitt durch eine Elektromagneteinheit; und

2 eine perspektivische Ansicht eines Deckels, eines Bodens und eines Mantels eines Magnetgehäuses.

Die 1 zeigt eine Elektromagneteinheit zur Betätigung eines Magnetventils, mit einer Magnetspule 10, die eine Spulenachse A festlegt und deren Bewicklung von einem Spulenkörper 12 aufgenommen ist. Ferner ist ein ferromagnetischer Kreis dargestellt, der in 1 ein feststehendes Magnetgehäuse, einen beweglichen Magnetanker 14 und einen feststehenden Ankergegenpol 16 umfaßt. Das Magnetgehäuse weist im vorliegenden Fall einen Deckel 18, einen Boden 20 und einen Mantel 22 auf. Darüber hinaus ist ein unmagnetisches Kernführungsrohr 24 vorgesehen, das sich im Innern der Magnetspule 10 zwischen dem Spulenkörper 12 und dem Magnetanker 14 bzw. dem Ankergegenpol 16 erstreckt. Die Stromversorgung der Magnetspule 10 erfolgt über axial herausgeführte Anschlüsse 26, die ebenfalls schematisch dargestellt sind.

Bei stromlos geschalteter Magnetspule 10 wird der Magnetanker 14 im allgemeinen durch eine Feder (nicht gezeigt) so beaufschlagt, daß sich das Magnetventil in einer gewünschten Stellung (geöffnet oder geschlossen) befindet. Bei einer Bestromung der Magnetspule 10 entsteht im Innern der Magnetspule ein axial ausgerichtetes Magnetfeld. Der Magnetanker 14, der Ankergegenpol 16 und das Magnetgehäuse (im Einzelnen der Deckel 18, der Boden 20 und der Mantel 22) bilden einen ferromagnetischen Kreis aus, der für die Kraft auf den Magnetanker 14 maßgebend ist. Zwischen dem Magnetanker 14 und dem Ankergegenpol 16 besteht ein axialer Luftspalt 28, so daß der Magnetanker 14 zum Ankergegenpol 16 hingezogen wird. Die axiale Ausdehnung des Luftspalts 28 ist gleichbedeutend mit einem Antriebshub des Magnetventils.

Die 2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Magnetgehäuses, bestehend aus dem Deckel 18, dem Boden 20 und dem Mantel 22. Es ist zu erkennen, daß die Blechteile des Magnetgehäuses mehrschichtig aus Transformatorblech aufgebaut sind. Der Deckel 18 und der Boden 20 weisen dabei in axialer Richtung, der Mantel 22 in radialer Richtung mehrere Schichten auf. Die Orientierung der Blechpakete, d.h. also die axiale Schichtung für den Deckel 18 und den Boden 20 sowie die radiale Schichtung des Mantels 22, ist entsprechend dem Verlauf der magnetischen Feldlinien gewählt, wobei die senkrecht zu den magnetischen Feldlinien verlaufenden Wirbelstrombahnen jedoch an den Schichtgrenzen unterbrochen werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen die einzelnen Schichten aus Transformatorblech, welches eine Dicke von ungefähr 1 mm aufweist und mit einem elektrisch isolierenden Überzug beschichtet sein kann. In der Regel reicht jedoch eine bloße Schichtung von nicht isolierten Transformatorblechen aus, um infolge des erhöhten elektrischen Widerstands an den Schichtgrenzen die Wirbelströme weitgehend zu eliminieren. In der 2 sind exemplarisch einige Schichten für die einzelnen Gehäusebauteile eingezeichnet, die aber lediglich einen Mehrschichtaufbau symbolisieren sollen. Bei Schichtdicken von 1–1,2mm umfassen die einzelnen Bauteile vorzugsweise 2 bis 9 Schichten.

Die Blechteile des Magnetgehäuses können durch eine Bemessung der Schichtanzahl sehr einfach in ihrer Dicke variiert werden. In der Regel weist beispielsweise der Boden 20 mehr Schichten auf, als der Deckel 18 oder der Mantel 22, um im Bereich des Bodens 20 den erhöhten Magnetwiderstand durch den Luftspalt zum beweglichen Magnetanker 14 und das unmagnetische Kernführungsrohr 24 wenigstens teilweise zu kompensieren.

Am Deckel 18 und am Boden 20 sind Ausnehmungen 30 vorgesehen, in die Laschen 32 des Mantels 22 eingeführt werden können. Eine Verbindung des Deckels 18 mit dem Mantel 22 bzw. des Bodens 20 mit dem Mantel 22 erfolgt durch Zusanmensetzen der Teile und ein Verstemmen der Laschen 32. Die Magnetspule 10 kann vor dem Zusammenbau des Magnetgehäuses problemlos axial eingesetzt werden und ist nach dem Verstemmen der Laschen 32 im Inneren des Magnetgehäuses eingeschlossen. Gemäß einer anderen Ausführung ist der Deckel 18 bzw. der Boden 20 mit dem Mantel 22 verschweißt oder verschraubt.

Die 2 zeigt im Mantel 22 mehrere Durchbrüche 36, durch die nach dem Einsetzen der Magnetspule 10 und dem Zusammensetzen des Magnetgehäuses eine flüssige Kunststoffmasse eingeleitet wird, um die Magnetspule 10 einzubetten und zu fixieren. Umspritzen, Umpressen oder Vergießen stellen dabei gängige Verfahren zum Einbetten der Magnetspule 10 dar. Die Durchbrüche 36 sind vorzugsweise dort vorgesehen, wo die Wirkung des ferromagnetischen Kreises am wenigsten beeinträchtigt wird. Selbstverständlich kann auch der Deckel 18 oder der Boden 20 Durchbrüche zu diesem Zweck aufweisen.

Der Deckel 18 und der Boden 20 weisen jeweils eine zentrale Öffnung auf, in die das Kernführungsrohr 24 mit dem Magnetanker 14 bzw. der Ankergegenpol 16 eingeführt werden kann. Ferner weisen der Deckel 18 und der Boden 20 jeweils einen von der zentralen Öffnung zum Außenumfang durchgehenden radialen Schlitz 34 auf, der eine Bildung von Wirbelströmen in Umfangsrichtung des Deckels 18 bzw. des Bodens 20 verhindert.

Abhängig von der jeweiligen Baureihe des Magnetventils können die einzelnen Blechteile des Magnetgehäuses Besonderheiten aufweisen. So ist in 2 der im wesentlichen kreisrunde Deckel 18 entlang einer Kreissehne abgeschnitten, um die axiale Herausführung der Anschlüsse 26 der Magnetspule 10 zu erleichtern. Die Ausdehnung des Mantels 22 in Umfangsrichtung hängt im wesentlichen von der Ventilbaureihe ab und muß lediglich einen ausreichenden magnetischen Fluß gewährleisten. Vorzugsweise umgibt der mehrschichtige Mantel 22 jedoch wenigstens die Hälfte der Magnetspule 10 und umschließt sie im Extremfall ganz, wobei zumindest ein axial verlaufender Schlitz vorgesehen sein sollte, um ein Auftreten von Wirbelströmen in Umfangsrichtung zu verhindern.


Anspruch[de]
  1. Elektromagneteinheit für ein Magnetventil, mit einer Magnetspule (10), und einem die Magnetspule (10) umgebenden ferromagnetischen Kreis, der ein feststehendes Magnetgehäuse und einen beweglichen Magnetanker (14) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetgehäuse aus einem Deckel (18), einem Mantel (22) und einem Boden (20) in Form von mehrschichtigen Transformatorblechteilen zusammengesetzt ist.
  2. Elektromagneteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechteile gestanzt und bedarfsweise gebogen sind.
  3. Elektromagneteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (18) und/oder der Boden (20) eine zentrale Öffnung aufweisen.
  4. Elektromagneteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (18) und/oder der Boden (20) und einen von der zentralen Öffnung bis zum Außenumfang durchgehenden radialen Schlitz (34) aufweisen.
  5. Elektromagneteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (18) und/oder der Boden (20) im zusammengesetzten Zustand mit dem Mantel (22) verstemmt sind.
  6. Elektromagneteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (22) wenigstens einen Durchbruch (36) aufweist und die Magnetspule vergossen, umpreßt oder umspritzt ist.
  7. Elektromagneteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (22) eine geringere Dicke aufweist als der Boden (20).
  8. Elektromagneteinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (20) eine größere Dicke aufweist als der Deckel (18).
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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