DE102018109516B4

DE102018109516B4 - Umgeformter magnetkern für einen elektromagnetischen aktuator und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE102018109516B4
Application number: DE102018109516.3A
Authority: DE
Inventors: Johannes Knust; Olaf Josef; Guido Bayard
Original assignee: Federal Mogul Valvetrain GmbH
Current assignee: Federal Mogul Valvetrain GmbH
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2038-04-21
Also published as: PL3747031T3; EP3747031A1; WO2019201479A1; DE102018109516A1; US20210241954A1; EP3747031B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Magnetkerns (1) für einen elektromagnetischen Aktuator für einen elektromagnetischen Ventiltrieb, umfassend Stanzen eines Kernrohlings (2) aus einem weichmagnetischen Blech, wobei der Kernrohling (2) umfasst:ein Bodensegment (4) mit einer Öffnung (8) undmehrere Wandsegmente (6), die sich von einem Außenrand desBodensegments (4) nach außen erstrecken; Prägen des weichmagnetischen Blechs vor dem Schritt des Stanzens oder Prägen des Kernrohlings (2) nach dem Schritt des Stanzens und Umformen des Kernrohlings (2), wobei die mehreren Wandsegmente (6) in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu dem Bodensegment (4) umgebogen werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen umgeformten Magnetkern und ein Verfahren zur Herstellung eines umgeformten Magnetkerns für Elektromagnete, insbesondere für einen elektromagnetischen Aktuator eines elektromagnetischen Ventilantriebs.
Stand der Technik
Für nockenwellenlose Ventiltriebe (bzw. Ventilantriebe) werden elektromagnetische Aktuatoren eingesetzt, die auf dem Prinzip eines Feder-Masse-Schwingers beruhen. Üblicherweise bestehen die hierfür verwendeten Aktuatoren mit linearem Aufbau im Wesentlichen aus einem Magnetanker, der zwischen zwei Elektromagneten bewegt wird, und zwei mit dem Anker (genauer einem Schaft des Ankers) bzw. dem Ventil verbundenen, zylindrischen Druckfedern. Wird einer der Elektromagneten bestromt, so wird das System zur entsprechenden Polfläche ausgelenkt und das dazugehörige Ventil in die geschlossene bzw. geöffnete Stellung gebracht.
Je nach Position ist hierbei immer eine Druckfeder voll belastet während die andere Feder nur teilweise gespannt ist. Somit wird in den Endlagen die kinetische Energie des Magnetankers als potenzielle Energie in den gespannten Federn gespeichert. Nach Abschalten des Stroms schwingt das System zur jeweils anderen Seite. Durch das Abschalten des Stroms entstehen im Magnetkern (Eisenkern) des Elektromagneten Wirbelströme, welche dazu führen, dass der Magnetanker eine kurze Zeit weiterhin am Magnetkern klebt. Diese Klebzeit ist unerwünscht, da Sie die maximale Drehzahl begrenzt und die Regelung erschwert.
Um die Wirbelströme zu reduzieren werden segmentierte Magnetkerne eingesetzt. Dazu werden in die Magnetkerne sehr feine Schlitze eingebracht, die dazu führen, dass die Wirbelströme reduziert werden. Die Leistungsaufnahme und die Klebzeit der elektromagnetischen Aktuatoren verringern sich dadurch. Die Schlitze müssen sehr fein sein, da möglichst wenig Oberfläche bzw. Volumen des Magnetkerns verloren gehen soll, um die Leistungsfähigkeit des Magneten zu erhalten.
Aus dem Dokument US 4 409 580 A ist ein Magnetkern in Form eines geschlossenen Jochs bekannt, der aus einem Metallblech gebogen ist. Aus der US-Patentanmeldung US 2004 / 0 118 952 A1 ist ein Topfkern bekannt, der aus vier Teilen zusammengesetzt ist, um Wirbelströme zu verringern. Das Dokument US 2010 / 0 219 919 A1 offenbart einen Magnetaktuator mit einem durch Elektroerodieren hergestellten Kern, der eine Struktur aufweist, die mit Schlitzen versehen ist um Wirbelströme in dem Kern zu vermeiden.
Aktuell werden die Magnetkerne aus Vollmaterial spanend hergestellt. Die spanende Bearbeitung ist sehr aufwendig und führt zu einem hohen Stückpreis der Magnetkerne. Insbesondere der abschließende Prozessschritt des Erodierens der Schlitze ist zeitaufwendig und kostenintensiv. Ein weiterer Nachteil der spanenden Bearbeitung ist, die schlechte Materialeffizienz. Bedingt durch den hohen Materialpreis der verwendeten Legierungen, z.B. Kobalt-Eisen-Legierungen mit einem Kobaltanteil von bis zu 50%, ist eine spanende Bearbeitung besonders unwirtschaftlich.
Es besteht also Bedarf an einem weniger aufwendigen Herstellungsverfahren, welches die vorgenannten Probleme behebt, d.h. welches weniger zeitaufwendig und kostenintensiv ist und welches einen geringeren Materialverbrauch aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetkerns für einen elektromagnetischen Aktuator eines elektromagnetischen Ventiltriebs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst, wobei bevorzuge Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen offenbart sind.
Gemäß einem Aspekt kann das Verfahren weiterhin Anbringen eines röhrenförmigen weichmagnetischen Innenkerns an dem Bodensegment umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Verfahren weiterhin Anbringen eines zylindrischen weichmagnetischen Innenkerns an dem Bodensegment und Einbringen eines sich senkrecht zu dem Bodensegment erstreckenden Durchgangslochs durch den Innenkern umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Anbringen des Innenkerns mittels Reibschweißen, Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Kernrohling mindestens 4 Wandsegmente, bevorzugt 8 bis 16 Wandsegmente, umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt können die Wandsegmente im Wesentlichen die Form eines Rechtecks aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Summe von Breiten der Wandsegmente nach dem Umformen kleiner als ein Außenumfang des Magnetkerns sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Abstand zwischen jeweils zwei Wandsegmenten nach dem Umformen im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,3 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, liegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt können sich die Wandsegmente in Richtung nach außen gleich weit vom Bodensegment aus erstrecken.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Verfahren weiterhin eine Wärmebehandlung des Magnetkerns nach dem Umformen des Kernrohlings umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Bodensegment die Form einer Kreisringscheibe aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Stanzen weiterhin Stanzen einer Magnetspulen-Stromversorgungsleitung-Öffnung umfassen.
Weiter wird erfindungsgemäß ein Magnetkern für einen elektromagnetischen Aktuator für einen elektromagnetischen Ventiltrieb hergestellt mit einem der vorstehenden Verfahren bereitgestellt, wobei der Magnetkern eine äußere Wand mit Schlitzen umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Breite der Schlitze des Magnetkerns im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,3 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, liegen.
Weiter wird erfindungsgemäß ein elektromagnetischer Aktuator für einen elektromagnetischen Ventiltrieb bereitgestellt, der einen erfindungsgemäß hergestellten Magnetkern umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren genauer beschrieben, wobei

1 eine Draufsicht auf einen Kernrohling nach dem Stanzen und vor dem Umformen zeigt;
2A eine Schnittansicht des Kernrohlings nach dem Stanzen und vor dem Umformen zeigt;
2B eine Schnittansicht nach dem Umformen des Kernrohlings zeigt;
2C eine Schnittansicht nach dem Anbringen des Innenkerns zeigt;
3A eine perspektivische Ansicht nach dem Umformen des Kernrohlings zeigt;
3B eine perspektivische Ansicht nach dem Anbringen des Innenkerns zeigt; und
4 eine Ansicht eines elektromagnetischen Ventiltriebs zeigt.

Im Folgenden werden sowohl in der Beschreibung als auch in der Zeichnung gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente oder Komponenten verwendet. Es ist zudem eine Bezugszeichenliste angegeben, die für alle Figuren gültig ist. Die in den Figuren dargestellten Ausführungen sind lediglich schematisch und stellen nicht notwendigerweise die tatsächlichen Größenverhältnisse dar.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird zunächst ein Kernrohling aus einem weichmagnetischen Blech, d.h. einem Blech aus einem weichmagnetischen Material, gestanzt. Ein solcher Kernrohling 2 ist in 1 in einer Draufsicht dargestellt. Der gestanzte Kernrohling 2 umfasst ein Bodensegment 4 mit einer Öffnung 8 und mehrere (mindestens zwei) Wandsegmente 6 (von denen in der Figur beispielhaft lediglich eines mit einem Bezugszeichen versehen ist), die sich ausgehend von einem Außenrand des Bodensegments 4 nach außen - d.h. vom Bodensegment weg - erstrecken. Die gestanzte Öffnung 8 bildet eine Durchgangsöffnung durch das Bodensegment; ein Rand der Öffnung ist entsprechend ein Innenrand des Bodensgments. Bevorzugt ist die Öffnung 8 mittig in dem Bodensegment 4 angeordnet. Weiterhin kann der Kernrohling 1 optional eine ebenfalls gestanzte Öffnung für eine spätere Stromleitungszuführung für eine im fertiggestellten elektromagnetischen Aktuator verwendete Magnetspule umfassen; d.h. eine Magnetspulen-Stromversorgungsleitung-Öffnung 12.
Beispielhaft weist das Bodensegment 4 in 1 in etwa die Form einer Kreisringscheibe auf. Abweichend davon sind auch andere Formen möglich, z.B. eine ovale Form, dreieckig, viereckig, fünfeckig, oder allgemeiner n-eckig. Selbiges gilt für die Form der Öffnung, deren Form auch von der Form des Bodensegments verschieden sein kann. Die Form wird insbesondere durch die gewünschte Form des Magnetkerns mitbestimmt.
Ebenso beispielhaft umfasst das Bodensegment 4 in 1 acht Wandsegmente 6, die regelmäßig um den Außenrand bzw. Umfang des Bodensegments angeordnet sind, so dass zwischen zwei benachbarten Wandsegmenten 6 jeweils ein Winkel α von 45° besteht. Insgesamt ist der Kernrohling im Beispiel der Figur also sternförmig. Im Allgemeinen umfasst der Kernrohling bevorzugt mindestens 4, weiter bevorzugt 4 bis 20, am meisten bevorzugt 8 bis 16, Wandsegmente. Auch ist eine nicht regelmäßige Anordnung der Wandsegmente 6 entlang des Außenrandes des Bodensegments 4 denkbar.
Die Wandsegmente 8 weisen in der Figur (die eine bevorzugte Ausführungsform zeigt) im Wesentlichen eine Rechteckform (d.h. die Form eines Rechtecks) mit einer entlang des Außenrandes des Bodensegments 4 gemessenen Breite und einer senkrecht dazu, nach außen gemessenen Länge auf. „Im Wesentlichen eine Rechteckform“ heißt hier, dass die Breite mit zunehmenden Abstand vom Bodensegment gleich bleibt, also parallele Seitenkanten in Längsrichtung, jedoch die Form der beiden anderen Seitenkanten des Rechtecks geringfügig von der exakten Rechteckform abweichen können, um z.B. an die Form des Außenrandes des Bodensegments angepasst zu sein. Bevorzugt (wie dargestellt) weisen die Wandsegmente alle die gleiche Breite auf; es sind jedoch auch unterschiedliche Breiten möglich. Auch die Längen der Wandsegmente sind bevorzugt gleich, d.h. in Richtung nach außen erstrecken sich die Wandsegmente gleich weit vom Bodensegment aus; wobei auch hier unterschiedliche Längen denkbar sind. Ebenso ist es möglich von der bevorzugten Rechteckform der Wandsegmente abzuweichen; z.B. ist eine Parallelogramm-Form oder eine gestufte Form (mehrere Rechtecke versetzt aneinandergereiht) möglich. Hier ist insbesondere der spätere Verlauf der Magnetfeldlinien zu beachten.
Die Summe der Breiten der Wandsegmente 6 gleicht bevorzugt im Wesentlichen der Länge des Außenrandes des Bodensegments 4, d.h. dem Umfang des Bodensegments. Dies führt dazu, dass nach dem weiter unten beschriebenen Umformschritt, bei dem die Wandsegmente 6 in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Bodensegment 4 umgebogen werden, zwischen den Wandsegmenten schmale Spalte verbleiben, die Wirbelströme unterbinden. „Im Wesentlichen“ heißt hier also, dass die Summe der Breiten der Wandsegmente gleich oder etwas kleiner als der Umfang des Bodensegments ist. Z.B. beträgt die Differenz von Umfang des Bodensegments minus Summe der Breiten der Wandsegmente N mal d, wobei N die Anzahl der Wandsegmente ist und d ein vorgegebener Mindestabstand im Bereich von 4 mm bis 0,3 mm, weiter bevorzugt von 0,1 mm bis 0,2 mm, ist. Hier ist insbesondere auch die Ausgestaltung des Umformschrittes maßgeblich.
Das verwendete Blech besteht aus einem weichmagnetischen Material, d.h. einem ferromagnetischen Material mit geringer (kleiner als ca. 1000 Alm) Koerzitivfeldstärke, welches sich relativ leicht magnetisieren lässt. Bevorzugt findet eine Kobalt-Eisen-Legierung Verwendung. Weitere mögliche Materialien sind z.B. Weicheisen oder eine Nickel-Eisen-Legierung.
Um das spätere Umformen zu erleichtern können weiterhin kleine Löcher in den Ecken, an den zwei Wandsegmente aufeinandertreffen vorgesehen sein. Wie weiter unten beschrieben wird können diese Löcher auch dazu dienen, die zwischen den Wandsegmenten (nach dem Umformen) gebildeten Schlitze in dem Bodensegment fortzusetzen.
2A, 2B und 2C stellen Schnittansichten des Kernrohlings 2 bzw. Magnetkerns 1 während weiterer Verfahrensschritte dar.
2A zeigt den Kernrohling 2, der das Bodensegment 4 mit der Öffnung 8 und die Wandsegmente 6 umfasst, nach dem Stanzen in einer Schnittansicht (z.B. ein Schnitt entlang der waagrechten Strichpunktlinie in 1). Zusätzlich ist hier zu erkennen, dass das Bodensegment 2 beispielhaft eine größere Dicke als die Wandsegmente 6 aufweist. Dies wird durch einen zusätzlichen optionalen Prägeschritt erreicht. Unter Prägen ist hier ein Umformverfahren zu verstehen, welches eine Dickenstrukturierung eines flachen Metallbauteils ermöglicht, wie z.B. Pressen, Fließpressen Ziehen, womit möglicherweise auch eine Änderung der Abmessungen es Metallbauteils in Richtungen senkrecht zur Dicke einhergeht. Insbesondere kann das Verfahren Prägen des weichmagnetischen Bleches vor dem Stanzen oder Prägen des Kernrohlings nach dem Stanzen umfassen. In letzterem Fall kann der Rohling z.B. zunächst aus einem dickeren Blech gestanzt werden und anschließend können durch den Prägeschritt die Wandsegmente verlängert und in ihren Dicken reduziert werden, um den letztendlichen Kernrohling zu erhalten. Allgemeiner kann durch Prägen dem Kernrohling eine Dickenstrukturierung eingeprägt werden, um z.B. größere Dicken in Bereichen mit höherer Magnetfeldstärke zu erreichen. Als „Dicke“ (des Kernrohlings) ist die Abmessung senkrecht zu der durch die von dem Bodensegment gebildete Ebene, die mit der durch das ursprüngliche Blech gebildeten Ebene übereinstimmt, definiert.
Nach dem Schritt des Ausstanzens und gegebenenfalls Prägens erfolgt erfindungsgemäß ein Umformschritt, bei dem die mehreren Wandsegmente 6 in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der durch das Bodensegment 4 gebildeten, bzw. definierten, Ebene umgebogen werden. 2B zeigt den Magnetkern 1 nach diesem Umformen. „Im Wesentlichen senkrecht“ ist hier so zu verstehen, dass es zu kleinen Abweichungen vom 90° Winkel kommen kann, d.h. der Winkel sollte zwischen 80° und 100°, bevorzugt zwischen 85° und 95°, liegen. Allgemeiner sind auch größere Winkel, etwa zwischen 70° und 110°, denkbar. Dies ist insbesondere auch von der letztendlich gewünschten Form des Magnetkerns abhängig.
Das Umformen erfolgt in einer Umformmaschine mittels eines geeigneten Werkzeugs, so dass eine äußere Wand (gebildet durch die umgebogenen Wandsegmente) des Magnetkerns erzeugt wird. Z.B. kann der Kernrohling durch einen Stempel in eine entsprechende Gegenform (eine topfförmige Negativ-Form) gedrückt werden, wobei die Abmessungen (z.B. der Durchmesser) des Stempels in etwa den Abmessungen des Bodensegments entsprechen oder etwas kleiner sind und wobei die größeren Abmessungen der Gegenform den gewünschten Abmessungen des herzustellenden Magnetkerns entsprechen, so dass beim Hineindrücken des Stempels in die Gegenform die Wandsegmente umgebogen werden.
Durch das Umbiegen sind die im Stand der Technik mittels Erodieren eingebrachten Schlitze bereits in der äußeren Wand des Magnetkerns enthalten. Die Summe der Breiten der Wandsegmente 6 sollte nach dem Umformen kleiner als ein Außenumfang des Magnetkerns sein, damit in jedem Fall Schlitze erhalten werden. Weiterhin liegt der Abstand (gemessen in Umfangrichtung, also in Richtung des Außenrandes des Bodensegments) zwischen jeweils zwei Wandsegmenten nach dem Umformen bevorzugt im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,3 mm, weiter bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,2 mm. Dieser Abstand entspricht einer Breite der Schlitze. Somit werden schmale Schlitze erhalten, die einerseits die magnetischen Eigenschaften bzw. Leistungsfähigkeit des Magnetkerns nur wenig beeinträchtigen und andererseits Wirbelströme in Umfangrichtung unterbinden. Auf ein Erodieren von Schlitzen kann also verzichtet werden, was zu einer Zeit- und Kostenersparnis in der Fertigung führt und einer Verringerung der Taktzeiten ermöglicht. Gleichzeitig wird weniger Material benötigt, da der Kern nicht aus Vollmaterial spanend hergestellt wird.
Weiter kann ein Innenkern 10 (ein Art Dom) am Bodensegment 4 angebracht werden. 2C zeigt den Magnetkern 1 nach diesem optionalen Anbringen des Innenkerns 10. Der Innenkern 10 erstreckt sich in die gleiche Richtung, in die auch die Wandsegmente 6 gebogen sind; die entsprechende Seite des Bodensegments 4 wird auch als Oberseite des Bodensegments bezeichnet. Der Innenkern 10 besteht aus einem weichmagnetischen Material, wobei auch hier bevorzugt eine Kobalt-Eisen-Legierung, eine Nickel-Eisen-Legierung oder Weicheisen verwendet wird. Die Wicklungen einer anzubringenden Magnetspule (vgl. 4) verlaufen um den Innenkern 10 herum und innerhalb der durch die umgebogenen Wandsegmente 6 gebildeten äußeren Wand.
Der Innenkern 10 weist ein Durchgangsloch auf, das mit der Öffnung des Bodensegments 4 fluchtet; hier wird bei der späteren Verwendung in einem Ventiltrieb ein Ankerschaft (oder evtl. ein Ventilstamm) hindurchgeführt (vgl. 4). Der Innenkern kann bereits vor dem Anbringen am Bodensegment 4 eine Röhrenform aufweisen, d.h. das Durchgangsloch ist von vornherein vorhanden. Unter „Röhrenform“ ist hier ein allgemeiner röhrenförmiger Körper zu verstehen, nicht unbedingt eine kreisförmige Röhre, letztere ist allerdings bevorzugt. Alternativ kann zunächst ein zylindrischer Innenkern am Bodensegment 4 angebracht werden und anschließend das Durchgangsloch durch den Innenkern in Richtung senkrecht zum Bodensegment eingebracht werden. Unter „Zylinder“ ist hier ein allgemeiner Zylinder zu verstehen, d.h. ein Körper der durch Parallelverschieben einer nicht notwendigerweise kreisförmigen Grundfläche entlang einer Richtung senkrecht zur Grundfläche entsteht. Der zylinderförmige Innenkern wird an dieser Grundfläche am Bodensegment angebracht, so dass die Öffnung des Bodensegments überdeckt wird. Anschließend wird das Durchgangsloch z.B. durch Bohren eingebracht, so dass dieses durch die Öffnung verläuft. Bevorzugt ist ein Innenkern, der in einer Draufsicht eine Kreisform aufweist bzw. ein Kreiszylinder (die Grundfläche ist also ein Kreis). Allgemeiner kann die Grundfläche ein Oval, Dreieck, Rechteck, n-Eck, usw. sein. Selbiges gilt für das Durchgangsloch durch den Innenkern, die jedoch bevorzugt kreisrund ist, entsprechend der Form eines typischen Ankerschafts (evtl. Ventilstamms).
Das Anbringen bzw. Anfügen des Innenkerns 10 am Bodensegment 4 erfolgt beispielsweise durch Reibschweißen, Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen. Die Kombination dieses Fügeprozesses mit dem vorhergehenden Umformprozess führt zu einer deutlich verbesserten Materialeffizienz im Vergleich zu einer spanenden Bearbeitung. Die zu Minimierung der Leistungsaufnahme erforderlichen Schlitze sind durch die Rohlingsform bereits in dem umgeformten Kern enthalten.
Ein Rand der Öffnung des Bodensegments 4 kann an die Form und Abmessungen eines Außenrandes des Innenkerns angepasst sein, so dass der Innenkern bündig in die Öffnung eingesetzt und dort befestigt (z.B. durch eines der obigen Schweißverfahren) werden kann, wie in 2C dargestellt. Alternativ (nicht dargestellt) kann der Innenkern größer als die Öffnung im Bodensegment sein und an einer Fläche an der Oberseite des Bodensegments befestigt werden, wobei hier Reibschweißen bevorzugt wird. In letzterem Fall stimmen bevorzugt Abmessungen parallel zum Bodensegment (z.B. ein Durchmesser) des Durchgangslochs des Innenkerns mit entsprechenden Abmessungen der Öffnung des Bodensegments überein, so dass die Öffnung des Bodensegments und das Durchgangsloch des Innenkerns stufenlos ineinander übergehen. Weiterhin ist es möglich, dass der Rand der Öffnung des Bodensegments und der Innenkern zueinander komplementäre umlaufende Stufen aufweisen, die beim Anbringen ineinander gesetzt werden.
Es sei noch angemerkt, dass auf den Innenkern 10 auch verzichtet werden kann. Der Ankerschaft (evtl. Ventilstamm) wird dann nur durch die Öffnung 8 des Bodensegments 4 geführt. Allerdings wird die Ausführung mit Innenkern bevorzugt, da dies zu einer Verbesserung der magnetischen Eigenschaften eines mit dem Magnetkern hergestellten Elektromagneten führt.
Weiter kann das Verfahren eine oder mehrere Wärmebehandlungen (z.B. Anlassen) des Magnetkerns umfassen, beispielsweise ein Temperieren bei geeigneter Temperatur. Damit kann einer Gefügeänderung aufgrund des Umformens entgegengewirkt und Spannungen abgebaut werden. Weiterhin kann ein Temperieren zum Einstellen der magnetischen Eigenschaften des verwendeten Materials hilfreich sein. Die Wärmebehandlung erfolgt also nach dem Schritt des Umformens und, falls ein Innenkern angebracht wird, nach dem Anbringen des Innenkerns.
3A und 3B zeigen perspektivische Ansichten des Magnetkerns 1 nach dem Umformen des Kernrohlings bzw. ohne Innenkern (3A) und nach dem Anbringen des Innenkerns 10 (3B). In beiden Figuren sind die als Linien dargestellten Schlitze 22 zwischen den Wandsegmenten 6 zu erkennen. Der Magnetkern 1 weist also eine äußere Wand mit Schlitzen 22 auf, welche durch die umgebogenen Wandsegmente 6 gebildet wird. Ebenso ist ein seitlicher Rand des Bodensegments 4 sichtbar, welches hier beispielhaft keine Schlitze aufweist. Abweichend davon ist es möglich, auch das Bodensegment 4 mit Schlitzen zu versehen, welche die Schlitze zwischen den Wandsegmenten am Boden fortsetzen. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass beim Stanzen entsprechende Bereiche mit ausgestanzt werden; vgl. 1, wo entsprechend kleine Löcher an den Ecken, an denen Wandsegmente aufeinandertreffen, vorgesehen sind. Ebenso ist es denkbar, dass der Innenkern 10, der in 3B keine Schlitze aufweist, mit Schlitzen an der Außenseite versehen ist, die mit einem dem Fachmann bekannten Verfahren eingefügt werden, z.B. Erodieren. In den Raum entlang der Innenseite der durch die umgebogenen Wandsegmente gebildeten äußeren Wand kann eine Magnetspule eingebracht werden, die um die Öffnung verläuft und die im Falle eines angebrachten Innenkerns zwischen Innenkern und Wand verläuft.
4 stellt einen Ausschnitt aus einem Ventiltrieb, der einen elektromagnetischen Aktuator mit zwei Elektromagneten verwendet, bei denen jeweils ein Magnetkern zum Einsatz kommt, dar. Die Elektromagnete des elektromagnetischen Aktuators umfassen jeweils den Magnetkern 1 und eine Magnetspule 14, die in dem ringförmigen Raum des jeweiligen Magnetkerns angeordnet ist. Durch die Öffnungen der Magnetkerne 1 ist ein Ankerschaft 18 eines ferromagnetischen (Magnet-)Ankers 16 geführt. Ein nur teilweise dargestelltes Ventil ist (in der Figur) unterhalb des Ankerschafts 18 angeordnet, wobei sich ein Ventilstamm 24 des Ventils in Verlängerung des Ankerschafts 18 befindet. Der nicht dargestellte Ventilkopf würde sich unterhalb der Figur befinden. Der Ankerschaft 18 ist mit dem Anker 16 verbunden, also an diesem befestigt oder einstückig mit diesem gefertigt. Das System ist durch zwei (Druck-)Federn 20 schwingfähig gelagert, wobei eine Druckfeder am oberen Ende des Ankerschafts 18 wirkt und die andere am Ventilstamm 24. (Prinzipiell ist es auch möglich, dass der Ventilstamm gleichzeitig den Ankerschaft bildet, in diesem Fall erstreckt sich der Ventilstamm durch den Aktuator hindurch, der Anker 16 ist mit dem Ventilstamm verbunden und beide Druckfedern wirken am Ventilstamm.) Wird einer der Elektromagnete des elektromagnetischen Aktuators angeschaltet, d.h. fließt Strom durch die jeweilige Magnetspule 14, so wird der Anker 16 und der damit verbundene Ankerschaft 18 von diesem angezogen und mithin das Ventil betätigt.
Abschließend sei noch angemerkt, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsform darstellen, die eine Rotationssymmetrie aufweist. D.h. das Bodensegment und die Öffnung im Bodensegment sind kreisrund und die Wandsegmente weisen alle die gleiche Form auf und sind regelmäßig um das Bodensegment angeordnet. Ebenso hat der Innenkern die Form eines hohlen Kreiszylinders. Die Wandsegmente bilden entsprechend nach dem Umformen eine kreisringförmige äußere Wand, die durch das Bodensegment in Form einer Kreisringscheibe mit dem Innenkern verbunden ist. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass das Verfahren auch mit anderen Formen und Ausgestaltungen ausgeführt werden kann und der hergestellte Magnetkern so an vorgegebene Anforderung, wie etwa eine vorgegeben äußere Form, angepasst werden kann. Dabei ist es möglich die vorstehend in dieser Anmeldung beschriebenen Formen für Bodensegment, Öffnung im Bodensegment, Wandsegmente und gegebenenfalls Innenkern zu kombinieren. Beispielsweise kann das Bodensegment rechteckig mit einer runden Öffnung sein; nach dem Umformen wird dann ein an einer Seite offener Quader erhalten. Ein entsprechender Innenkern kann ebenfalls eine äußere Quaderform mit einem runden Durchloch aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Magnetkern
2: Kernrohling
4: Bodensegment
6: Wandsegment
8: Öffnung im Bodensegment
10: Innenkern
12: Magnetspulen-Stromversorgungsleitung-Öffnung
14: Magnetspule
16: Anker
18: Ankerschaft
20: Feder
22: Schlitz
24: Ventilstamm

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Magnetkerns (1) für einen elektromagnetischen Aktuator für einen elektromagnetischen Ventiltrieb, umfassend Stanzen eines Kernrohlings (2) aus einem weichmagnetischen Blech, wobei der Kernrohling (2) umfasst: ein Bodensegment (4) mit einer Öffnung (8) und mehrere Wandsegmente (6), die sich von einem Außenrand des Bodensegments (4) nach außen erstrecken; Prägen des weichmagnetischen Blechs vor dem Schritt des Stanzens oder Prägen des Kernrohlings (2) nach dem Schritt des Stanzens und Umformen des Kernrohlings (2), wobei die mehreren Wandsegmente (6) in eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu dem Bodensegment (4) umgebogen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend Anbringen eines röhrenförmigen weichmagnetischen Innenkerns (10) an dem Bodensegment (4).
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend Anbringen eines zylindrischen weichmagnetischen Innenkerns (10) an dem Bodensegment (4); und Einbringen eines sich senkrecht zu dem Bodensegment (4) erstreckenden Durchgangslochs durch den Innenkern (10).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Anbringen des Innenkerns (10) mittels Reibschweißen, Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kernrohling (2) mindestens 4 Wandsegmente (6), bevorzugt 8 bis 16 Wandsegmente (8), umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wandsegmente (6) im Wesentlichen die Form eines Rechtecks aufweisen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Summe von Breiten der Wandsegmente (6) nach dem Umformen kleiner als ein Außenumfang des Magnetkerns (1) ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen jeweils zwei Wandsegmenten (6) nach dem Umformen im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,3 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, liegt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die Wandsegmente (6) in Richtung nach außen gleich weit vom Bodensegment (4) aus erstrecken.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Wärmebehandlung des Magnetkerns (1) nach dem Umformen des Kernrohlings (2).
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bodensegment (4) die Form einer Kreisringscheibe aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stanzen weiterhin Stanzen einer Magnetspulen-Stromversorgungsleitung-Öffnung (12) umfasst.
Magnetkern (1) für einen elektromagnetischen Aktuator für einen elektromagnetischen Ventiltrieb, umfassend eine äußere Wand mit Schlitzen (22), wobei der Magnetkern (1) mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-13 hergestellt ist.
Magnetkern (1) gemäß Anspruch 13, wobei eine Breite der Schlitze (22) im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,3 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, liegt.
Elektromagnetischer Aktuator für einen elektromagnetischen Ventiltrieb umfassend einen Magnetkern (1) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14.