DE19757169A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Aktuators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Elektromagnetische Aktuatoren werden insbesondere zur Betätigung vom Gaswechselventilen in Brennkraftmaschinen verwendet. Ein derartiger Ak­ tuator ist beispielsweise aus der DE 296 04 946 U1 bekannt. Dieser vorbe­ kannte Aktuator weist einen Stößel und einen quer zur Stößel-Längsachse befestigten Anker auf sowie zwei Elektromagnete mit sich gegenüberlie­ genden Polflächen, zwischen denen der Anker gegen die Kraft zweier Stell­ federn linear bewegbar ist. Durch abwechselnde Bestromung der beiden Elektromagnete wird der Anker, der bei stromlos geschalteten Elektroma­ gneten durch die Stellfedern etwa in der Mitte zwischen den Polflächen der Elektromagnete festgehalten wird, zwischen den Polflächen der Elektroma­ gnete hin- und herbewegt und über den mit dem Anker mitbewegten Stö­ ßel ein Gaswechselventil betätigt.

Der wesentliche Nachteil dieses Aktuators liegt darin, daß Störgrößen, insbe­ sondere Temperaturschwankungen, Viskositätsänderungen des Schmiermit­ tels oder Verschmutzungen des Aktuators zu betriebsbedingten Schwan­ kungen der auf den Anker wirkenden Magnetkraft und folglich zu erhöhtem Materialverschleiß führen, so daß ein sicherer Dauerbetrieb des Aktuators nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, das kostengünstig durchführbar ist und durch das die Lebensdauer des Aktuators erhöht wird, um einen si­ cheren Dauerbetrieb zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß werden der Anker und der mit diesem verbundene Stößel in einem gemeinsamen Prozeßschritt durch Oberflächenbehandlung gehär­ tet. Vorzugsweise werden der Anker und der Stößel als zwei getrennte Bau­ teile hergestellt, die in einem der Oberflächenbehandlung vorangehenden Prozeßschritt zu einer Anker-Stößel-Baugruppe fest miteinander verbunden werden. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden der Anker und der Stößel aus einem einzigen Rohling als einteilige Anker-Stößel- Baugruppe hergestellt.

Bei der Oberflächenbehandlung wird vorteilhafterweise die gesamte Ober­ fläche der Anker-Stößel-Baugruppe, beispielsweise durch Salzbadnitrieren, mit einer verschleißhemmenden Schicht, insbesondere mit einer Titan- Nitrid-Schicht, beschichtet. Alternativ kann die Anker-Stößel-Baugruppe auch durch Nitrierverfahren gehärtet werden, bei denen Stickstoff in die Oberfläche der Anker-Stößel-Baugruppe eingebracht wird, beispielsweise durch Plasmanitrieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher beschrieben. Diese zeigt als bevorzugtes Ausführungsbeispiel einen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Brennkraftmaschine.

Gemäß der Figur weist der Aktuator einen in Kraftwirkung mit einem Gas­ wechselventil 5 stehenden Stößel 2, einen mit dem Stößel 2 quer zur Stößel- Längsachse befestigten Anker 1, sowie einen als Öffnermagnet wirkenden Elektromagneten 3 und einen von diesem in Richtung der Stößel-Längsachse beabstandet angeordneten, als Schließermagnet wirkenden, weiteren Elek­ tromagneten 4 auf. Die Elektromagnete 3, 4 sind mittels eines Gehäuseteils 7 miteinander verbunden und weisen gegenüberliegende Polflächen 31, 41 auf, zwischen denen der Anker 1 durch abwechselnde Bestromung der Er­ regerspulen 30, 40 der beiden Elektromagnete 3, 4 linear bewegt wird. Zwei gegensinnig wirkende Stellfedern 60, 63, die zwischen dem Öffnermagnet 3 und dem Gaswechselventil 5 angeordnet sind und mittels zweier Federteller 61, 62 am Aktuator bzw. Zylinderkopf 8 der Brennkraftmaschine befestigt sind, bewirken, daß der Anker 1 im stromlosen Zustand der Erregerspulen 30, 40 in einer Zwischenstellung etwa in der Mitte zwischen den Polflächen 31, 41 der Elektromagnete 3, 4 festgehalten wird. Zum Schließen des Gas­ wechselventils 5 wird die Erregerspule 40 des Schließermagnets 4 bestromt, so daß der Anker 1 in Richtung Polfläche 41 des Schließermagnets 4 bewegt wird und dort bis zur Unterbrechung des Stromflusses festgehalten wird. Entsprechend wird der Anker 1 zum Öffnen des Gaswechselventils 5 durch Bestromung der Erregerspule 30 des Öffnermagneten 3 zu dessen Polfläche 31 hin bewegt und dort festgehalten.

Die Elektromagnete 3, 4 und der Anker 1 werden aus weich magnetischen Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität gefertigt. Sie weisen ei­ nen rechteckigen Querschnitt auf, so daß man eine optimale Raumausnüt­ zung beim Einbau des Aktuators in die Brennkraftmaschine erreicht.

Der Anker 1 und der Stößel 2 werden zu nächst durch Schweißen, Kleben, Löten oder Verformen zur Anker-Stößel-Baugruppe 1, 2 miteinander fest verbunden und in einem darauffolgenden gemeinsamen Prozeßschritt bei­ de gleichzeitig als Anker-Stößel-Baugruppe 1, 2 mit der verschleißhemmen­ den Schicht 9 beschichtet. Diese ist im vorliegenden Beispiel eine durch Salzbadnitrieren auf die gesamte Oberfläche der Anker-Stößel-Baugruppe 1, 2 aufgebrachte Titan-Nitrid-Schicht.

Aufgrund der durch die Oberflächenbehandlung erhöhten Verschleißfestig­ keit der Anker-Stößel-Baugruppe 1, 2 kann das Anker- und Stößelmaterial ohne Rücksicht auf die Materialfestigkeit ausgewählt werden. Der Anker 1 wird vorteilhafterweise aus einem Material mit hoher magnetischer Sätti­ gungsflußdichte hergestellt, da dann wenig Ankermaterial zur Gewährlei­ stung der erforderlichen magnetischen Kräfte benötigt wird und die be­ schleunigte Masse somit gering gehalten wird.

Die Elektromagnete 3, 4 werden nicht gehärtet, so daß die Lebensdauer des Aktuators durch die mit lediglich geringem Arbeits- und Materialmehrauf­ wand durchführbare Oberflächenbehandlung des Ankers 1 und Stößels 2 auf kostengünstige Weise erhöht wird.

Des weiteren werden der Anker 1 und der Stößel 2 im vorliegenden Beispiel aus zwei unterschiedlichen Rohlingen als zwei getrennte Bauteile herge­ stellt, welche erst nach ihrer Fertigstellung zur Anker-Stößel-Baugruppe 1, 2 miteinander verbunden werden. Denkbar ist jedoch auch eine, beispielswei­ se durch Fließpressen, aus einem Rohling, d. h. in einem Stück, hergestellte einteilige Anker-Stößel-Baugruppe. Der Anker 1 und der Stößel 2 stellen da­ bei jeweils einen Bereich einer derartigen Baugruppe dar.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Aktuators mit min­ destens einem Elektromagneten (3, 4), einem durch Magnetkraft des minde­ stens einen Elektromagneten (3, 4) bewegbaren Anker (1) und einem mit dem Anker (1) verbundenen Stößel (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) und der mit diesem verbundene Stößel (2) in einem gemeinsamen Prozeßschritt durch Oberflächenbehandlung gehärtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) und der Stößel (2) als zwei getrennte Bauteile hergestellt werden, die in ei­ nem der Oberflächenbehandlung vorangehenden Prozeßschritt miteinan­ der fest verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) und der Stößel (2) als einteilige Anker-Stößel-Baugruppe hergestellt werden.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anker (1) und der Stößel (2) durch Beschichtung mit einer ver­ schleißhemmenden Schicht (9) gehärtet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) und der Stößel (2) durch Beschichtung mit einer Titan-Nitrid-Schicht (9) ge­ härtet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) und der Stößel (2) durch Einbringen von Stickstoff in ihre Oberfläche gehärtet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) und der Stößel (2) durch Plasmanitrieren gehärtet werden.

8. Verwendung eines nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellten Aktuators zur Betätigung eines Gaswechselventils (5) in einer Brennkraftma­ schine.