DE102014002108A1

DE102014002108A1 - Verfahren zur Herstellung eines proportionalwirkenden Elektromagneten und Elektromagnet

Info

Publication number: DE102014002108A1
Application number: DE102014002108.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Stockschläder; Jochen Grünschlag
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2014-02-15
Filing date: 2014-02-15
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines proportionalwirkenden Elektromagneten und Elektromagnet Aufgabe: In der Baugruppe des Elektromagneten sollen sehr eng tolerierte Kenngrößen wie der Magnethub und die Magnetkraft bei einer gegebenen Ankerposition mit preiswerten, nicht besonders eng tolerierten Bauteilen erreicht werden. Lösung: Mindestens drei der für die Genauigkeit der Hubkraftkennlinie und das Zusammenwirken der Bauteile des Elektromagneten maßgebenden Längsmaße werden durch Einpressen eines Bauteils in ein anderes unter Wegüberwachung von axialen Abständen funktionswichtiger Flächen der Bauteile hergestellt. Anwendung: Betätigung von hydraulischen Nockenwellenverstellern, bei denen die Ventile in der Nockenwelle angeordnet sind und mit den Nockenwellen umlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines proportionalwirkenden Elektromagneten und das mit diesem Verfahren hergestellte Gerät, entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Stand der Technik
Proportionalwirkende Elektromagnete sind bekannt und weit verbreitet, sie werden vorzugsweise zur Betätigung von Druckregelventilen und proportionalwirkenden Wegeventilen eingesetzt.
In den meisten Anwendungsfeldern werden an diese Magnete hohe Anforderungen an die genaue Einhaltung einiger Kenngrößen gestellt, dabei werden die Funktion und die Genauigkeit der Funktionserfüllung des Elektromagneten üblicherweise durch eine Hubkraftkennlinie beschrieben, in der für verschiedene Stromstärken die Kraft des Elektromagneten als Funktion des Hubs dargestellt wird. Aus der Hubkraftkennlinie lassen sich der Magnethub, die Hysterese, die Proportionalität zum Strom und die Hubabhängigkeit der Magnetkraft ablesen.
In bekannten Bauformen von Proportionalmagneten, wie zum Beispiel in der Druckschrift EP 2 005 448 B1 beschrieben, wird die geforderte Genauigkeit der Kenngrößen durch enge Toleranzen der verwendeten Bauteile erzielt. Beispielsweise wird eine hohe Genauigkeit des Magnethubs durch enge Toleranzen der axialen Maße der beteiligten Bauteile erzielt.
Aus der Druckschrift DE 10 2011 011 362 A1 ist bekannt, dass ein einzelnes Maß oder zwei Maße, die den Hub festlegen, durch Eindrücken gegen eine Vorrichtung, und nicht durch Anschläge an den Bauteilen erzeugt werden.
Die konventionellen Verfahren zum Zusammenbau von Proportionalmagneten erfordern Einzelteile mit hoher Genauigkeit der axialen Maße, oder eine recht große Hubreserve, damit der geforderte Minimalhub erreicht wird. Beides führt zu hohen Kosten, insbesondere die große Hubreserve, die bei gegebener Magnetkraft eine Spulenwicklung mit größerer Windungszahl erforderlich macht.
Dieser Erfindung stellt sich die Aufgabe, für den Elektromagneten sehr eng tolerierte Kenngrößen wie den Magnethub und die Magnetkraft bei einer gegebenen Ankerposition mit preiswerten, nicht besonders eng tolerierten Bauteilen zu erreichen.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Verfahrensmerkmale des ersten Patentanspruchs gelöst; näher ausgeführt in den Unteransprüchen 2 bis 6. Die Ansprüche 7 und 8 beschreiben weitere Merkmale des mit dem erfinderischen Verfahren hergestellten Elektromagneten.
Die hubbestimmenden Maße des Elektromagneten werden gemäß dieser Erfindung vorrangig bei der Montage durch Einpressen jeweils eines Bauteils in ein anderes Bauteil erzielt, wobei die Endposition bevorzugt nicht durch eine den Presshub mechanisch begrenzende Vorrichtung, sondern durch eine sehr genaue Wegüberwachung des Einpressvorgangs bestimmt wird.
Dabei wird eine Auswahl aus den folgenden Pressverbindungen hergestellt:

• Stößel in den Magnetanker
• Magnetpol in die Hülse
• Hinteres Lager in den Magnetpol
• Vorderes Lager in den Magnetkonus
• Magnetkonus in das Gehäuse

Der vordere Anschlag des Magnetankers wird dann durch die Pressverbindung zwischen dem vorderen Lager und dem Magnetkonus eingestellt und der hintere Anschlag durch die Pressverbindung zwischen dem hinteren Lager und dem Magnetpol.
Die Lage des Magnetpols in der Hülse und die Lage des Magnetkonus im Gehäuse beeinflussen die Kraftkennlinie, daher müssen auch diese Positionen genau durch das Einpressverfahren erreicht werden.
Zur weiteren Kostensenkung wird der Stößel aus einem Wälzkörper eines Nadellagers gebildet, wobei vorteilhafterweise die vordere Kuppe hinsichtlich der Formtoleranz eingeschränkt wird, damit die Kraftwirkung genau zentrisch erfolgt.
Die erfindungsgemäßen Elektromagnete werden vorzugsweise zur Betätigung von hydraulischen Nockenwellenverstellern eingesetzt, bei denen die Ventile in der Nockenwelle angeordnet sind und mit den Nockenwellen umlaufen. Elektromagnete der beschriebenen Art können selbstverständlich auch zur Betätigung anderer hydraulischer oder pneumatischer Ventile verwendet werden.
Bilder: 1 zeigt den erfindungsgemäßen Elektromagneten
Der proportionalwirkende Elektromagnet (1) gemäß 1 dient zur Betätigung eines nicht dargestellten hydraulischen Ventils (2) mittels eines Stößels (5). Dabei sind der Elektromagnet in einer nicht dargestellten Haube (3) und das Ventil in einem nicht dargestellten umlaufenden Bauteil (4) angeordnet. Der proportionalwirkende Elektromagnet, der nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, enthält vorteilhafterweise einen Stößel (5), der ein Wälzkörper eines Nadellagers ist.
In einer vorteilhaften Gestaltung weist die Kuppe (14) des Stößels (5) eine Form einer Kugelkalotte auf, die mit einer im Vergleich zum Wälzkörper eines Nadellagers erheblich eingeschränkten Formtoleranz hergestellt wurde.
Der Stößel (5) ist mit einem Ankerkolben (6) verbunden, wobei der Stößel in zwei Lagern (13) und (20) gelagert ist. Der Ankerkolben wird von einer Hülse (8) umschlossen.
Die Hülse (8) ist mit einem Gehäuse (9) verschweißt, und in die Hülse ist ein Magnetpol (7) eingepresst.
In das Gehäuse ist auch ein Magnetkonus (12) eingepresst, und der Magnetkonus trägt das vordere Lager (20).
Die aus dem Ankerkolben und dem Stößel bestehende Baugruppe kann sich von einem hinteren Anschlag zu einem vorderen Anschlag bewegen. Der hintere Anschlag wird erreicht, wenn die innere Planfläche (15) des Ankerkolbens auf die vordere Planfläche (21) des Lagers (20) aufschlägt.
Der vordere Anschlag wird erreicht, wenn der Ankerkolben (6) mit seiner vorderen Planfläche auf die hintere Planfläche (19) des vorderen Lagers (13) aufschlägt.
Beispielhaftes Verfahren zur Herstellung
Mindestens drei der für die Genauigkeit der Hubkraftkennlinie und das Zusammenwirken der Bauteile des Elektromagneten maßgebenden Längsmaße werden bei dem erfindungsgemäßen Elektromagneten durch Einpressen eines Bauteils in ein anderes unter Wegüberwachung von axialen Abständen funktionswichtiger Flächen der Bauteile hergestellt.
Dabei können die beteiligten Bauteile für ihre eigenen Längsmaße relativ große Toleranzen aufweisen, weil die kritischen Abstände nicht durch Anschläge, sondern durch das wegüberwachte Einpressen eines Bauteils in ein anderes erzielt werden.
Beispielsweise wird der Stößel (5) in einen Ankerkolben (6) unter Wegüberwachung des Abstands zwischen einer maximalen Längserstreckung einer Kuppe (14) an dem Stößel (5) und einer inneren Planfläche (15) des Ankerkolbens (6) eingepresst. Damit wird das Vorstehmaß des Magneten eingestellt.
In einem weiteren Beispiel wird ein Magnetpol (7) in eine Baugruppe (10), mindestens bestehend aus einer Hülse (8) und einem Gehäuse (9), unter Wegüberwachung des Abstands zwischen einer Planfläche (16) des Magnetpols (7) und einer Planfläche (17) des Gehäuses (9) eingepresst. Damit wird die Lage des Magnetpols definiert.
In einem weiteren Beispiel wird ein Lager (13) in einen Magnetkonus (12) unter Wegüberwachung des Abstands zwischen einer Planfläche (19) des Lagers (13) und einer Planfläche (18) des Magnetkonus (12) eingepresst wird, wobei die Baugruppe (11) entsteht und der vordere Anschlag des Magneten definiert wird.
In einem weiteren Beispiel wird die Baugruppe (11), bestehend aus dem Magnetkonus (12) und dem Lager (13), in das Gehäuse (9) unter Wegüberwachung des Abstands zwischen der Planfläche (18) des Magnetkonus (12) und der Planfläche (17) des Gehäuses (9) eingepresst.
Dabei wird die Lage des Magnetkonus und indirekt der vordere Anschlag definiert.
In einem weiteren Beispiel wird ein hinteres Lager (20) in den Magnetpol (7) unter Wegüberwachung des Abstands zwischen einer Planfläche (21) des Lagers (20) und der Planfläche (16) des Magnetpols (7) eingepresst. Dabei wird der hintere Anschlag des Ankers definiert.
Bezugszeichenliste

1: Elektromagnet
2: Ventil
3: Haube
4: Umlaufendes Bauteil
5: Stößel
6: Ankerkolben
7: Magnetpol
8: Hülse
9: Gehäuse
10: Baugruppe (Gehäuse und mehr)
11: Baugruppe (Magnetkonus und Lager)
12: Magnetkonus
13: Lager (vorderes)
14: Kuppe
15: Planfläche (Anker innen)
16: Planfläche (Magnetpol)
17: Planfläche (Gehäuse)
18: Planfläche (Magnetkonus)
19: Planfläche (vorderes Lager)
20: Lager (hinteres)
21: Planfläche (hinteres Lager)

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

EP 2005448 B1 [0004]
DE 102011011362 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines proportionalwirkenden Elektromagneten (1), der zur Betätigung eines hydraulischen Ventils (2) mittels eines Stößels (5) verwendet wird, wobei der Elektromagnet in einer Haube (3) und das Ventil in einem umlaufenden Bauteil (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei der für die Genauigkeit der Hubkraftkennlinie und das Zusammenwirken der Bauteile des Elektromagneten maßgebenden Längsmaße durch Einpressen eines Bauteils in ein anderes unter Wegüberwachung von axialen Abständen funktionswichtiger Flächen der Bauteile hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (5) in einen Ankerkolben (6) unter Wegüberwachung des Abstands zwischen einer maximalen Längserstreckung einer Kuppe (14) an dem Stößel (5) und einer inneren Planfläche (15) des Ankerkolbens (6) eingepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetpol (7) in eine Baugruppe (10), mindestens bestehend aus einer Hülse (8) und einem Gehäuse (9), unter Wegüberwachung des Abstands zwischen einer Planfläche (16) des Magnetpols (7) und einer Planfläche (17) des Gehäuses (9) eingepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein Lager (13) in einen Magnetkonus (12) unter Wegüberwachung des Abstands zwischen einer Planfläche (19) des Lagers (13) und einer Planfläche (18) des Magnetkonus (12) eingepresst wird, wobei die Baugruppe (11) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (11), bestehend aus dem Magnetkonus (12) und dem Lager (13), in das Gehäuse (9) unter Wegüberwachung des Abstands zwischen der Planfläche (18) des Magnetkonus (12) und der Planfläche (17) des Gehäuses (9) eingepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass ein Lager (20) in den Magnetpol (7) unter Wegüberwachung des Abstands zwischen einer Planfläche (21) des Lagers (20) und der Planfläche (16) des Magnetpols (7) eingepresst wird.
Proportionalwirkender Elektromagnet, hergestellt nach einem der Verfahren entsprechend den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (5) ein Wälzkörper eines Nadellagers ist.
Proportionalwirkender Elektromagnet nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppe (14) des Stößels (5) eine Form einer Kugelkalotte aufweist, die mit einer im Vergleich zum Wälzkörper eines Nadellagers erheblich eingeschränkten Formtoleranz hergestellt wurde.