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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Stelleinheit für ein hydraulisches Wegeventil sowie eine elektromagnetische Stelleinheit gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Elektromagnetische Stelleinheiten für hydraulische Wegeventile sind beispielsweise zur Ansteuerung eines Zentralventils in einem hydraulischen Nockenwellenversteller bekannt. Aus der
DE 103 00 974 A1 ist ein Proportionalmagnetventil eines Nockenwellenverstellers bekannt, welches ein Ventilgehäuse aufweist, in dem ein Kolben verschiebbar ist und welches über mehrere Anschlüsse zur Zuführung eines Hydrauliköls verfügt. Das Proportionalmagnetventil umfasst ferner einen Elektromagneten, mit welchem sich über einen Stößel der Kolben in seiner Position verändern lässt. Der Stößel wird dabei in einer Axialbohrung in einem Gehäuse des Elektromagneten gelagert, wodurch er axial verschiebbar ist.
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Die
DE 101 53 019 A1 zeigt einen Elektromagneten, der insbesondere als Proportionalmagnet zur Betätigung eines hydraulischen Ventils geeignet ist. Der Elektromagnet wird von einem Magnetgehäuse umschlossen. Der Spulenkörper des Elektromagneten wirkt elektromagnetisch auf einen Magnetanker, der eine Magnetkraft über einen Stößel zur Betätigung des hydraulischen Ventils weiterleitet. Der Stößel wird in einer Axialbohrung gelagert, wodurch er in axialer Richtung verschiebbar ist.
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Aus der
DE 10 2008 010 648 A1 ist eine elektromagnetische Stelleinheit für ein hydraulisches Wegeventil bekannt, welcher mit der elektromagnetischen Stelleinheit verstellbar ist. Die elektromagnetische Stelleinheit umfasst eine elektrische Spule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und einen Magnetanker mit einem Druckstift. Der Magnetanker ist entlang seiner Mittelachse axial verschiebbar und bildet einen Aktuator der elektromagnetischen Stelleinheit. Die elektromagnetische Stelleinheit weist zusätzlich eine Lagereinheit auf, in welcher der Druckstift gelagert ist. Die Lagereinheit weist ein Lagerinnenteil auf, in welchem der Druckstift verschiebbar gelagert ist, und ein Lageraußenteil, in dem das Lagerinnenteil kippbar gelagert ist, um ein Verkanten des Druckstiftes in der Lagereinheit zu vermeiden.
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Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass eine zusätzliche Lagereinheit zur Lagerung des Druckstiftes notwendig ist. Bei einer Lagerung des Druckstiftes in dem Magnetanker werden gebaute Magnetanker verwendet, welche einen Grundkörper aus einem Magnetwerkstoff aufweisen, in den eine entsprechende Lagerbuchse eingesetzt ist. Dadurch wird der Magnetanker vergleichsweise teuer, da zur Führung des Druckstiftes vergleichsweise enge Toleranzen notwendig sind, welche aufwendige Prozesse in der Fertigung und/oder Montage eines solchen gebauten Magnetankers benötigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektromagnetische Stelleinheit vorzuschlagen, welche sich durch eine vergleichsweise einfache und kostengünstige Fertigung auszeichnet, und sowohl eine reibungsarme Lagerung des Druckstiftes als auch gute Magneteigenschaften aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine elektromagnetische Stelleinheit für ein hydraulisches Wegeventil, umfassend eine elektrische Spule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, und einen Magnetanker mit einem Druckstift gelöst, wobei der Druckstift einen Aktuator der elektromagnetischen Stelleinheit bildet und in Richtung seiner Achse durch den im magnetischen Feld der elektrischen Spule befindlichen Magnetanker verschiebbar ist, sowie mit einem Gleitlager, in dem der Druckstift verschiebbar gelagert ist, wobei der Magnetanker aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen besteht, wobei der erste Werkstoff zur Darstellung der elektromagnetischen Stellfunktion und der zweite Werkstoff zur Ausbildung des Gleitlagers an dem Magnetanker vorgesehen ist, und wobei der Magnetanker in einem mehrstufigen Sinterprozess hergestellt ist. Eine erfindungsgemäße elektromagnetische Stelleinheit zeichnet sich durch eine kostengünstige Fertigung bei gleichzeitig hoher Funktionalität aus, da sowohl für den Grundkörper ein passender Magnetwerkstoff als auch für das Gleitlager ein entsprechender Gleitlagerwerkstoff gewählt werden können und keine Kompromisse bezüglich der Funktionalität notwendig sind.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Stelleinheit für ein hydraulisches Wegeventil mit einer elektrischen Spule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und einem Magnetanker mit einem Druckstift vorgeschlagen, wobei der Druckstift einen Aktuator der elektromagnetischen Stelleinheit ausbildet und in Richtung seiner Mittelachse durch den im magnetischen Feld der elektrischen Spule befindlichen Magnetanker verschiebbar ist, wobei der Magnetanker in einem mehrstufigen Sinterprozess hergestellt wird, wobei in einem ersten Fertigungsschritt eine Grundform des Magnetankers ausgebildet wird, und wobei in einem zweiten Fertigungsschritt ein Gleitlager in oder an dem Magnetanker ausgebildet wird. Durch einen in einem mehrstufigen Sinterprozess hergestellten Magnetanker können die Eigenschaften des Magnetankers bezüglich der Magnetkraft und bezüglich der Reibungsminimierung verbessert werden, ohne dass eine anschließende Montage eines Magnetankers aus mehreren Bauteilen notwendig ist. Dadurch ist im Vergleich zu einem aus mehreren Einzelteilen zusammengebauten Magnetanker eine kostengünstige Fertigung möglich.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Herstellung einer elektromagnetischen Stelleinheit für ein hydraulisches Wegeventil möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem ersten Fertigungsschritt an einem Innendurchmesser einer Öffnung des Magnetankers eine Spielpassung gegenüber dem Außendurchmesser des Druckstiftes vorgehalten wird und in dem zweiten Fertigungsschritt des Sinterprozesses ein Gleitlagerwerkstoff in die Öffnung des Magnetankers eingebracht und die Spielpassung verkleinert wird. Durch eine Herstellung des magnetischen Grundkörpers im ersten Sinterprozess und eine anschließende Aufbringung einer Gleitlagerschicht in die Öffnung des Magnetankers in einem zweiten Fertigungsschritt können Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, welche sich bei einem gebauten Magnetanker aus einer Kette von Bauteiltoleranzen ergeben. Dabei sind für die abschließende Geometrie des gesinterten Magnetankers die Werkzeugtoleranzen sowie die Prozessparameter in dem zweiten Sinterprozess ausschlaggebend. Da hier nur vergleichsweise wenig Material aufgetragen wird, können in diesem zweiten Sinterprozess bereits relativ enge Toleranzen prozesssicher erreicht werden, wodurch eine nachfolgende Zerspanung entweder ganz entfallen kann, oder mit einfacheren Mitteln erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass sich an dem mehrstufigen Sinterprozess des Magnetankers ein Kalibrierprozess anschließt. Durch einen Kalibrierprozess können die Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Magnetankers reduziert werden, wodurch gegebenenfalls ein ansonsten notwendiger zusätzlicher mechanischer Bearbeitungsprozess des Magnetankers, insbesondere ein Schleifprozess, entfallen kann. Durch engere Toleranzen kann die Führung des Druckstiftes in dem Magnetanker verbessert werden, wodurch toleranzbedingte Bauteilstreuungen in den Schaltzeiten der elektromagnetischen Stelleinheit verringert werden können.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stelleinheit für ein hydraulisches Wegeventil;
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stelleinheit, mit der ein Zentralventil eines hydraulischen Nockenwellenverstellers angesteuert beziehungsweise geschaltet wird.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stelleinheit 2 für ein hydraulisches Wegeventil 1, beispielsweise ein in 2 dargestelltes Zentralventil 22 eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 10, dargestellt. Die elektromagnetische Stelleinheit 2 weist ein Gehäuse 9 auf, in welchem eine elektrische Spule 3 angeordnet ist, welche bei einer entsprechenden Ansteuerung ein elektrisches Feld erzeugt, durch das ein in dem Gehäuse 9 der elektromagnetischen Stelleinheit 2 angeordneter Magnetanker 4 angesteuert werden kann. Dabei kann das Gehäuse 9 wie in 1 mehrteilig ausgeführt sein und mehrere Gehäuseteile 26, 27, 28, 29 umfassen. Die elektrische Spule 3 kann zu Zwecken der Isolation in einem Isolationsmaterial 31, insbesondere einem nichtleitenden Kunststoff, eingebettet sein. Der Magnetanker 4 weist einen Grundkörper 23 aus einem mit dem elektrischen Feld der elektrischen Spule 3 in Wechselwirkung tretenden Magnetwerkstoff auf, welcher eine zentrische Öffnung 8 aufweist. In der zentrischen Öffnung 8 ist ein Gleitlager 7 aus einem Gleitlagerwerkstoff ausgebildet, in welchem ein Druckstift 5 der elektromagnetischen Stelleinheit 2 in axialer Richtung entlang einer Achse 6 des Druckstiftes 5 verschiebbar ist. Der Druckstift 5 kann zusätzlich noch in einem weiteren Gleitlager 30 geführt werden, um die Gefahr eines Verkantens des Druckstiftes 5 zu verringern.
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Der Magnetanker 4 ist in einem zweistufigen Sinterprozess hergestellt, wobei in einem ersten Prozessschritt der Grundkörper 23 aus dem Magnetwerkstoff gesintert wird. Dabei wird an der zentrischen Öffnung 8 des Magnetankers 4 entsprechend Platz vorgehalten, um in einem zweiten Prozessschritt des Sinterprozesses auf diese Öffnung einen Gleitlagerwerkstoff aufzutragen und somit ein Gleitlager 7 für den Druckstift 5 auszubilden. Um die Fertigungstoleranzen zu verringern ist dem zweistufigen Sinterprozess ein Kalibrierungsprozess nachgeschaltet, in welchem der Magnetanker 4 auf sein endgültiges Maß gebracht wird.
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In 2 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller 10 dargestellt. Dabei wird ein Zentralventil 22 zur hydraulischen Versorgung des Nockenwellenverstellers 10 durch eine erfindungsgemäße elektromagnetische Stelleinheit 2 gesteuert. Der hydraulische Nockenwellenversteller 10 weist einen Stator 11 auf, welcher synchron mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors dreht, und einen relativ zum Stator 11 verdrehbaren Rotor 12, welcher drehfest mit einer Nockenwelle 13 verbunden ist. Zwischen dem Stator 11 und dem Rotor 12 ist ein Ringraum ausgebildet, welcher durch in radialer Richtung aus einem Grundkörper des Stators 11 nach Innen ragende Stege in mehrere Arbeitsräume 14 unterteilt ist. Der Rotor 12 weist einen zylindrischen Grundkörper auf, aus welchem in radialer Richtung mehrere Flügel hervorstehen, welche die Arbeitsräume 14 in jeweils eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer unterteilen. Das Zentralventil 22 ist ein hydraulisches Wegeventil 1, welches mit einem Ventilkörper 21 in die Nockenwelle 13 eingeschraubt ist. In dem Ventilkörper 21 ist eine Ventilfeder 19 angeordnet, gegen die ein Ventilkolben 24 verschiebbar ist. Der Ventilkolben 24 öffnet und verschließt Hydraulikkanäle 15, 16, 17, 18, mit der die entsprechenden Druckkammern des hydraulischen Nockenwellenverstellers 10 mit Öl versorgt werden. Dabei erfolgt eine Ansteuerung des Zentralventils 22, indem der Druckstift 5 der elektromagnetischen Stelleinheit 2 gegen eine Stirnfläche 20 des Ventilkolbens 24 gedrückt wird, und diesen gegen die Federkraft der Ventilfeder 24 verschiebt. Zur vereinfachten Ansteuerung sind die elektromagnetische Stelleinheit 2 und der Nockenwellenversteller 1 koaxial zueinander angeordnet, wobei der Druckstift 5, der Ventilkolben 24 und die Nockenwelle 13 auf einer gemeinsamen Mittelachse 25, welche mit der Achse 6 des Druckstiftes 5 zusammenfällt, angeordnet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulisches Wegeventil
- 2
- elektromagnetische Stelleinheit
- 3
- elektrische Spule
- 4
- Magnetanker
- 5
- Druckstift
- 6
- Achse
- 7
- Gleitlager
- 8
- Öffnung
- 9
- Gehäuse
- 10
- hydraulischer Nockenwellenversteller
- 11
- Stator
- 12
- Rotor
- 13
- Nockenwelle
- 14
- Arbeitsraum
- 15
- Hydraulikkanal
- 16
- Hydraulikkanal
- 17
- Hydraulikkanal
- 18
- Hydraulikkanal
- 19
- Ventilfeder
- 20
- Stirnfläche
- 21
- Ventilkörper
- 22
- Zentralventil
- 23
- Grundkörper
- 24
- Ventilkolben
- 25
- Mittelachse
- 26
- Gehäuseteil
- 27
- Gehäuseteil
- 28
- Gehäuseteil
- 29
- Gehäuseteil
- 30
- Gleitlager
- 31
- Isolationsmaterial
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10300974 A1 [0002]
- DE 10153019 A1 [0003]
- DE 102008010648 A1 [0004]
