DE4443654C2 - Anordnung mit Ummantelung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7, wie beispielsweise aus der US 5 220 301 bekannt.

Bei dem Körper einer solchen Anordnung kann es sich beispielsweise um einen ringförmigen Magnetkern handeln, die im wesentlichen in einer Ebene verlaufende Kurve ist in diesem Fall ein Kreis.

Die Erfindung bezieht sich aber auch auf Anordnungen, die sich entlang einer Kurve erstrecken die nur abschnittsweise in einer Ebene verläuft, die also Stufen oder Knicke aufweist. Weiter ist die Erfindung nicht auf solche Anordnungen beschränkt, die sich entlang einer geschlossenen Kurve, etwa eines Kreises, eines Rechtecks etc., erstrecken, sondern es sind auch Anordnungen denkbar, deren Körper eine, wie auch immer ausgebildete Öffnung nicht vollständig umschließt, wie etwa ein an einer Stelle unterbrochener mit einem Spalt versehener Magnetkern. Ein solcher Magnetkern ist gegen Belastungen in Ebenenrichtung, insbesondere in radialer Richtung höchst empfindlich. Es besteht stets die Gefahr, daß Magnetkerne, wenn sie mit einem Halter oder einem Spulenkörper montiert werden, Beschädigungen, insbesondere Risse davontragen.

Die Ummantelung des Körpers einer derartigen Anordnung wird bislang in zwei aufeinanderfolgenden Schritten im Spritzgießverfahren hergestellt. Dabei wird der Körper, etwa ein magnetisierbarer Kern mit einem Spulenkörper, in dem ersten Schritt an seiner äußeren Seite gehalten und an seiner in Ebenenrichtung betrachtet inneren Seite mit einem die Ummantelung bildenden Material umspritzt. In dem zweiten Schritt wird der Körper an seiner in Ebenenrichtung inneren Seite gehalten, und es wird die Ummantelung an seinem Außenbereich angespritzt (oder umgekehrt). Dabei kommt es jedoch zu extremen, in Ebenenrichtung, bei Ringmagneten in radialer Richtung wirkenden Druckkräften, die den Körper beschädigen können. Wenn beispielsweise ein insbesondere ringförmiger magnetisierbarer Kern, der von einem Spulenkörper mit einer elektrisch leitenden Spulenwicklung gehalten ist, mit einer insbesondere elektrisch isolierenden Ummantelung versehen werden soll, so kommt es bei der bekannten Ausbildung der Ummantelung bei der ersten Umspritzung zu erheblicher Druckbeaufschlagung des magnetisierbaren Kerns in radialer Richtung. Hierbei kann es zu Beschädigungen des Kerns kommen, insbesondere zum Schwinden des Kerns von der Wandung des Halters. Bei der darauf folgenden Umspritzung der Außenseite des Spulenkörpers werden dieser sowie die Spulenwicklungen in radialer jedoch nach innen weisender Richtung mit Druck beaufschlagt und können beschädigt, verformt oder verschoben werden.

Die magnetischen Eigenschaften können dabei derart beeinflußt werden, daß die Anordnung nicht mehr verwendbar ist; es treten hohe Ausschußzahlen in der Produktion auf.

Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der US 5 220 301 bekannt. Der Gehäusedeckel wird bei dieser bekannten Anordnung mit dem Gehäusegrundelement verschweißt, d. h. zur Verbindung von Gehäusedeckel und Gehäusegrundelement ist eine Schweißvorrichtung erforderlich. Das Verschweißen bedingt außerdem einen eigenen Arbeitsgang, was sich auf die Herstellungskosten dieser bekannten Anordnung auswirkt.

Die EP 0 187 902 B1 beschreibt ein Gehäuse für ein elektrisches Bauteil, insbes. für eine Spule eines elektromagnetisch betätigbaren Ventiles, welches wenigstens einen Träger für wenigstens einen Steckerstift aufweist, der von einem Führungs- und Schutzrahmen umgeben ist. Dort sind das Gehäuse und der Träger für den wenigstens einen Steckerstift einstückig ausgebildet und bilden ein erstes Bauteil. Der Führungs- und Schutzrahmen wird von einem zweiten Bauteil gebildet. Zum Verbinden des ersten Bauteiles mit dem zweiten Bauteil sind Verbindungsmittel vorgesehen. Bei diesen Verbindungsmitteln handelt es sich bspw. um Rast- oder um Schraubverbindungen. Das bedeutet jedoch, daß die miteinander zu verbindenden Komponenten passend manipuliert werden müssen, um sie zusammenbauen zu können. Das bedingt einen nicht zu vernachlässigenden Aufwand.

Aus der DE-AS 12 30 499 ist ein Drehstrommagnet mit einem allseits geschlossenen mehrteiligen Gehäuse mit angesetztem Anschlußkasten und einem von Gießharz o. dgl. umschlossenen Spulensatz bekannt, wobei der mittlere Teil des in an sich bekannter Weise aus drei aufeinanderliegenden Teilen bestehenden Gehäuses als starrer Rahmen ausgebildet ist, in welchen der Spulensatz fest eingegossen und an welchen der Anschlußkasten für die Stromzuleitungen angeformt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sie einfach und wirtschaftlich herstellbar ist und daß Nachteile, wie sie vorstehend beschrieben wurden, nicht auftreten, und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird verfahrensgemäß durch den Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 und 8 gekennzeichnet.

Unter einem topfförmigen Gehäusegrundelement wird dabei eine in einem Querschnitt betrachtet insbesondere U-förmige Aufnahme für den magnetisierbaren Körper verstanden, wobei das Gehäusegrundelement entsprechend der Erstreckung des Körpers entlang der wenigstens abschnittsweise im wesentlichen in einer Ebene verlaufenden Kurve erstreckt ist, so daß der Körper darin einsetzbar ist. Das im Hinblick auf eine maßgenaue und wirtschaftliche Herstellbarkeit im Spritzgießverfahren gebildete Gehäusegrundelement stellt in seiner topfförmigen Gestalt die bis auf die noch offene Seite zum Einsetzen des magnetisierbaren Körpers vollständige Ummantelung dar. Die Einsetzöffnung befindet sich dabei vorzugsweise vollständig in der Ebene, welche von der Kurve oder dem Kurvenabschnitt beschrieben wird oder in einer dazu parallelen Ebene. Wenn sich der Körper etwa entlang einer Kreisbahn erstreckt, also ringförmig ist, so ist die Ebene durch die Kreisbahn gegeben. Der Deckel kann dann nach Einsetzen des magnetisierbaren Körpers in das Gehäusegrundelement mit im wesentlichen senkrecht zu der Ebene wirkender Druckbeaufschlagung an das Gehäusegrundelement angespritzt werden.

Dadurch, daß es bei der Ausbildung der Ummantelung erfindungsgemäß zu keinen in Ebenenrichtung, insbesondere radial wirkenden Kräften auf den gegen Belastungen in Ebenenrichtung empfindlichen Körper mehr kommt, können Beschädigungen vermieden werden. Es entsteht ferner eine kompakte, stabile Einheit. Die Anordnung zeichnet sich auch durch eine geringe Fertigungszeit aus, da der zu ummantelnde Körper lediglich in einen Spritzgießvorgang, nämlich das Anspritzen des Deckels, involviert ist, und somit ein beim Stand der Technik aufwendiges in zwei Schritten verlaufendes Umspritzen des Körpers entfällt. Es gibt auch beim Halten des Körpers keine Probleme mehr, da dieser beim Anspritzen des Deckels hinreichend innerhalb des Gehäusegrundelementes positioniert bzw. fixiert ist. Ein weiterer sich auf die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Lösung auswirkender Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei der vorgeschlagenen Ausbildung der Ummantelung weniger Anguß anfällt als bei der zweistufigen Umspritzung des Körpers.

Der Spulenkörper ist im Querschnitt betrachtet pilzförmig ausgebildet, d. h. er weist die Form eines auf dem Kopf stehenden und mit seinem Schenkel nach außen weisenden L auf. Hierdurch ist es möglich, daß die auf dem anderen Schenkel des Spulenkörpers gewickelte Spule keiner Druckbeaufschlagung ausgesetzt ist, wenn der Deckel an das Gehäusegrundelement angespritzt wird. Zur Stabilisierung des Spulenkörpers weist das Gehäusegrundelement vorzugsweise eine mit dem angesprochenen nach außen kragenden Bereich des Spulenkörpers zusammenwirkende Stufe auf, um den Spulenkörper gegen die beim Anspritzen des Deckels wirkende Druckkraft abzustützen.

Aufgrund der durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Anordnung geringeren Belastungen, denen der ummantelte Körper ausgesetzt ist, kann der Körper einen Kunststoffmatrixanteil von weniger als 40 Vol%, bei ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen von weniger als 20 Vol% aufweisen, ohne daß die Festigkeit des Körpers für die auftretenden Belastungen zu gering wäre. Vorzugsweise weist der ummantelte magnetische Körper eine Ferrit-Polymer- Zusammensetzung auf, wobei der Kunststoffmatrixanteil vorzugsweise auf PA-, PBT- oder LCP-Basis gebildet ist.

Der ummantelte Körper kann auch aus dem Magnetkern und aus einem Halteelement zusammengesetzt sein. Bei dem Magnetkern können bei der Montage mit dem Halteelement Probleme auftreten, da es auch hier zu mechanischen Beanspruchungen sowohl des Kernes als auch des Halteelements kommt. So treten bei der Herstellung einer formflüssigen Montageverbindung hohe Belastungen auf, so daß häufig Risse entstehen oder infolge von Maßungenauigkeiten ein Luftspalt zwischen Kern und Halter auftritt.

Es wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Anordnung so auszubilden, daß der Magnetkern und das Halteelement aus einem spritzgießfähigen Material bestehen und in einem zweikomponentigen Spritzgießverfahren hergestellt sind, wobei der Magnetkern an das Halteelement oder das Halteelement an den Magnetkern angespritzt ist. Besonders vorteilhaft wirkt sich dies aus, wenn das Halteelement ein Spulenkörper mit einer darauf aufgebrachten Spulenwicklung ist. Spulenkörper und Magnetkern sind dann quasi einstückig ausgebildet; es kann sich kein Luftspalt zwischen Spulenkörper und Magnetkern ausbilden und es kommt auch nicht zu mechanischen Belastungen wie beim Herstellen einer formschlüssigen Montageverbindung.

Mit der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, angegeben, das durch die Merkmale des Anspruchs 7 gekennzeichnet ist.

Sofern sich der ummantelte Körper aus einem Magnetkern und aus einem Halteelement zusammensetzt, umfaßt das Verfahren die weiteren Verfahrensschritte:
Spritzgießen des Halteelements aus einer ersten Komponente in einem Zweikomponenten-Spritzgießwerkzeug;
Anspritzen des Magnetkerns aus einer zweiten Komponente an das zuvor spritzgegossene Halteelement. Sofern es sich bei dem Halteelement um einen Spulenkörper handelt, wird in einem weiteren Schritt eine Spule auf den Spulenkörper aufgewickelt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Spulenkörpers mit einem Magnetkern aus Ferritmaterial ohne Ummantelung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Ummantelung für den Spulenkörper mit Magnetkern gem. Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung nach den Fig. 1 und 2 mit vollständiger Ummantelung und

Fig. 4 den Ausschnitt x aus Fig. 3 in größerem Maßstab.

In der Fig. 1 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneter Körper dargestellt, der aus einem in Form eines Spulenkörpers 4 ausgebildeten Halter mit einem darin eingespritzten pilzförmigen Magnetkern 6 aus einem ferritischen Material gebildet ist. Der Körper 2 ist in einem zweikomponentigen Spritzgießverfahren hergestellt worden, wobei in einem Zweikomponenten-Spritzgießwerkzeug aus einer ersten Komponente der Spulenkörper 4 spritzgegossen wurde und sodann der Magnetkern 6 aus einer zweiten Komponente an den zuvor spritzgegossenen Spulenkörper 4 angespritzt wurde. Der Magnetkern 6 ist eine Ferrit-Polymer-Zusammensetzung, die auf Polyester- oder Polyamid- Basis aufgebaut ist. Als thermoplastisches Grundmaterial ist das flüssige kristalline Polymer LCP verwendet worden. Die so erhaltene Ferrit-Polymer-Zusammensetzung erweist sich im Hinblick auf eine hohe Temperaturstabilität, eine hohe Gleichstromvormagnetisierbarkeit sowie durch eine geeignete elektrische Leitfähigkeit und eine geeignete Dielektrizitätskonstante als vorteilhaft. Der Spulenkörper 4 ist mit Kontaktstiften 8 für die Kontaktierung einer auf den Spulenkörper 4 aufzubringende elektrischen Wicklung versehen.

In der Fig. 2 ist ein Teil einer Ummantelung 10 des Körpers 2 in Form eines Gehäusegrundelements 12 dargestellt. Das Gehäusegrundelement 12 erstreckt sich wie der darin aufzunehmende Körper 2 entlang einer in einer Ebene 13 verlaufenden Kreislinie und bildet einen ringförmigen und im Querschnitt topfförmigen Aufnahmeraum 14 für den Körper 2. Das Gehäusegrundelement 12 weist in seiner radial äußeren Wand eine Stufe 18 auf, die in dem Aufnahmeraum 14 eine Auflagefläche für den Körper 2 bildet.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht durch das Gehäusegrundelement 12 mit darin eingesetztem Körper 2 und mit einem das Gehäusegrundelement 12 abdichtenden Gehäusedeckel 20. In der Fig. 4, die den Ausschnitt x gemäß Fig. 3 in vergrößertem Maßstab darstellt, ist die Anordnung im einzelnen erkennbar. Der ringförmig ausgebildete Spulenkörper 4, an den der pilzförmige Magnetkern 6 angespritzt ist, weist einen oberen in radialer Richtung nach außen kragenden Bereich 22 auf. Der Bereich 22 liegt auf der Stufe 18 in der radial äußeren Wand 16 des Gehäusegrundelementes 12 auf und ist dort sowie am Boden 24 des Aufnahmeraums 14 des Gehäusegrundelements 12 abgestützt. Auf den Spulenkörper 4 ist eine elektrisch leitende Wicklung 26 aufgewickelt, die innerhalb eines von dem Spulenkörper 4 und der äußeren Wand 16 des Gehäusegrundelements 12 gebildeten Raum angeordnet ist und die somit beim Anspritzen des Gehäusedeckels 20 gegen Druckbeaufschlagung sowohl in radialer als auch in axialer Richtung geschützt ist.

Nach Einsetzen des Spulenkörpers 4 mit dem angespritzten Ferritkern 6 in den Aufnahmeraum 14 des Gehäusegrundelements 12 wird der Gehäusedeckel 20 zur Erzielung einer vollständigen Abdichtung an das Gehäusegrundelement 12 angespritzt. Dabei wirken auf den Spulenkörper 4 und den Magnetkern 6 lediglich axiale, im wesentlichen senkrecht zur Ringebene 13 wirkende Kräfte, die nicht zu Beschädigungen der aus Magnetkern 6 und Spulenkörper 4 bestehenden Anordnung führen können.

Claims (8)

1. Anordnung, umfassend einen entlang einer wenigstens abschnittsweise im wesentlichen in einer Ebene (13) verlaufenden Kurve erstreckten Körper (12), der gegen in Ebenenrichtung wirkende Belastungen empfindlich ist, und der einen ein magnetisches oder magnetisierbares Material aufweisenden Kern (6), einen Spulenkörper (4) oder eine Kombination aus einem Spulenkörper (4) und einem solchen Kern (6) bildet, sowie eine Ummantelung (10) dieses Körpers (2), wobei die Ummantelung (10) von einem topfförmigen Gehäusegrundelement (12), in das der Körper (2) einsetzbar ist, und von einem Gehäusedeckel (20) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäusegrundelement (12) in einem Spritzgießverfahren hergestellt ist, und daß der Gehäusedeckel (20) mit im wesentlichen senkrecht zu der Ebene (13) wirkender Druckbeaufschlagung an das Gehäusegrundelement (12) mit dem darin eingesetzten Körper (2) angespritzt ist, wobei der ummantelte Körper (2) ein ringförmiger Magnetkern (6) aus ferritischem Material und einer dieses Material aufnehmenden spritzgießbaren Kunststoffmatrix ist, und der Magnetkern (6) im Querschnitt betrachtet eine pilzförmige Gestalt aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (2) einen Kunststoffmatrixanteil von weniger als 40 Vol.-% aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ummantelte Körper (2) eine Ferrit-Polymer- Zusammensetzung aufweist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ummantelte Körper (2) aus dem Magnetkern (6) und aus einem Halteelement zusammengesetzt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (6) und das Halteelement aus einem spritzgießfähigen Material bestehen und in einem zweikomponentigen Spritzgießverfahren hergestellt sind, wobei der Magnetkern (6) an das Halteelement oder das Halteelement an den Magnetkern (6) angespritzt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement ein Spulenkörper (4) mit einer darauf aufgebrachten Spulenwicklung (26) ist.

7. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• 1. - Herstellen des Gehäusegrundelementes (12) im Spritzgießverfahren;
• 2. - Einsetzen des Körpers (2) in das Gehäusegrundelement (12);
• 3. - Anspritzen des Gehäusedeckels (20) an das Gehäusegrundelement (12) mit zu der Ebene (13), in der sich das Gehäusegrundelement (12) erstreckt, im wesentlichen senkrechter Druckbeaufschlagung.

8. Verfahren nach Anspruch 7 zum Herstellen einer Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte:

• 1. - Spritzgießen des Halteelements aus einer ersten Komponente in einem Zweikomponenten-Spritzgießwerkzeug;
• 2. - Anspritzen des Magnetkerns (6) aus einer zweiten Komponente an das zuvor spritzgegossene Halteelement.