DE19854377A1 - Manufacturing method for a plunger-guided armature of an actuator for lift valves of an internal combustion engine - Google Patents
Manufacturing method for a plunger-guided armature of an actuator for lift valves of an internal combustion engineInfo
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Abstract
Bei einem Herstellverfahren für einen stößelgeführten Anker eines Aktuators für Hubventile einer Brennkraftmaschine wird ein Keramik-Stößel mit einem gesondert ausgebildeten Anker aus einem weichmagnetischen Eisenwerkstoff über längsgeteilte Kegelstücke im wesentlichen kraftschlüssig verbunden, wobei die über eine Umfangsnut im Keramik-Stößel positionierten Kegelstücke in eine Press-Sitz-Verbindung mit dem Anker gebracht werden, der zusätzlich mittels einer stoff- oder formschlüssigen Ausbildung an den Kegelstücken lagegesichert ist.In a manufacturing method for a tappet-guided armature of an actuator for lift valves of an internal combustion engine, a ceramic tappet with a specially designed armature made of a soft magnetic iron material is connected essentially non-positively via longitudinally divided cone pieces, the cone pieces positioned via a circumferential groove in the ceramic tappet being pressed into a press Seat connection are brought with the anchor, which is additionally secured in position by means of a material or form-fitting training on the cone pieces.
Description
Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf ein Herstellverfahren für einen stößelgeführten Anker eines Aktuators für Hubventile einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Stößel mit einem gesondert ausgebildeten Anker aus einem weichmagnetischen Eisenwerkstoff antriebsfest verbunden wird.According to the preamble of claim 1, the invention relates to Manufacturing process for a plunger-guided armature of an actuator for globe valves an internal combustion engine, in which a plunger with a specially designed Anchor made of a soft magnetic iron material is connected to the drive.
Eine bekannte antriebsfeste Verbindung des Ankers mit dem Schaft ist beispiels weise durch Löten erzielt, wie dies der schematischen Darstellung der Zeichnung der Patentanmeldung 197 55 271 zu entnehmen ist.A known drive-resistant connection of the armature to the shaft is an example achieved by soldering, as this is the schematic representation of the drawing the patent application 197 55 271 can be found.
Dieses Verbindungs-Verfahren ist in nachteiliger Weise aufwendig und erfordert beispielsweise wegen der Einhaltung des Lötspaltes eine aufwendige Haltevorrich tung zur Positionierung von Anker und Schaft zueinander. Weiter führt die relativ hohe Löt-Temperatur dazu, daß der aus einem weichmagnetischen Eisenwerkstoff gestaltete Anker seine magnetischen Eigenschaften verliert, die in einem aufwendi gen Wärmeprozeß wieder herzustellen sind. Bei diesem Wärmeprozeß unterliegt der aus einem Eisenwerkstoff gefertigte Stößel einer bezüglich der Verschleißfestig keit ungünstigen Gefügeumwandlung. Schließlich ergibt sich aufgrund der relativ langen Wärmeeinwirkung der Nachteil eines Verzuges beider Komponenten durch Schiefstand oder durch Biegen der Bauteile, wobei gegebenenfalls eine weitere Nachbearbeitung des Ankers erforderlich werden kann.This connection method is disadvantageously complex and requires for example, because of the compliance with the soldering gap, an expensive holding device device for positioning anchor and shaft in relation to each other. It continues relatively high soldering temperature to make it from a soft magnetic iron material designed anchor loses its magnetic properties, which in a complex heating process must be restored. Loses in this heat process the plunger made of an iron material is one with regard to wear resistance unfavorable structural transformation. Finally, due to the relative long heat exposure the disadvantage of warping both components Oblique or by bending the components, where appropriate, another Post-processing of the anchor may be necessary.
Bei der bekannten Anordnung ist der Stößel aus einem Eisenwerkstoff gefertigt, wodurch in nachteiliger Weise sich eine relativ hohe Masse bzw. eine große Mas senträgheit ergibt und ferner der aus einem Eisenwerkstoff gefertigte Stößel magne tische Störfelder verursacht.In the known arrangement, the plunger is made of an iron material, which disadvantageously results in a relatively high mass or a large mass inertia and also the plunger magne made of an iron material table causes interference.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellverfahren für eine masse reduzierte Stößel-Anker-Einheit aufzuzeigen.The invention has for its object a manufacturing method for a mass show reduced tappet-anchor unit.
Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst, wobei der Stößel aus einem Keramik-Werkstoff mit zumindest einem Führungsabschnitt gefertigt wird und mit einer vom Führungsabschnitt axial beabstandeten Umfangsnut zur Positionierung längsgeteilter Kegelstücke ausgebildet wird, wobei auf den am Stößel positionierten Kegelstücken ein auf Fertigmaß bearbeiteter Anker mit Press-Sitz angeordnet und zumindest mit den verjüngten Abschnitten der Kegelstücke zusätzlich formschlüssig oder durch Elektronenstrahlschweißen stoffschlüssig verbunden wird.This object is achieved with patent claim 1, the plunger consisting of one Ceramic material is manufactured with at least one guide section and with a circumferential groove axially spaced from the guide section for positioning is formed longitudinally tapered pieces, being positioned on the tappet Cone pieces arranged a finished machined anchor with a press fit and additionally at least with the tapered sections of the cone pieces or cohesively connected by electron beam welding.
Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise ein serientaugliches Verfahren erzielt, das bei zusätzlicher formschlüssiger Sicherung des Ankers auf den Keilstücken ohne Wärmeeintrag durchführbar ist und somit der Anker weder einem Verzug noch einem Verlust an maximalen weichmagnetischen Eigenschaften unterliegt. Die vor genannten Vorteile bleiben auch gegeben, wenn zur zusätzlichen Sicherung des Ankers mit den Kegelstücken dieser mittels Elektronenstrahlschweißung mit diesen verbunden wird, weil der damit verbundene Wärmeeintrag bei entsprechender Steuerung der Elektronenstrahlschweißung minimal ist.With the invention, a method suitable for series production is advantageously achieved with additional positive locking of the anchor on the wedge pieces without Heat input is feasible and thus the anchor is neither a delay nor is subject to a loss of maximum soft magnetic properties. The before Advantages mentioned are also given if additional security of the Anchor with the cone pieces of this by means of electron beam welding with them is connected because the associated heat input with the corresponding Control of electron beam welding is minimal.
Grundgedanke der Erfindung ist, den Anker auf die am Schaft befindlichen Kegel stücke so aufzupressen, daß über die auf Selbsthemmung ausgelegten Kegel flächen eine radiale Klemmung der Kegelstücke auf dem Keramikschaft erreicht wird, die vorteilhafterweise so hoch ist, daß die gesamten aus Feder- und Magnet kräften resultierenden Betriebskräfte kraftschlüssig übertragen werden, wobei die Umfangsnut lediglich zur Positionierung der Kegelstücke dient.The basic idea of the invention is the anchor on the cone located on the shaft pieces so that the cones are designed for self-locking radial clamping of the tapered pieces on the ceramic shaft is, which is advantageously so high that the entire spring and magnet resulting forces are transferred non-positively, the Circumferential groove only serves to position the cone pieces.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene zusätzliche stoff- oder formschlüssige Ver bindung des Ankers mit den Kegelstücken dient dazu, einer Lockerung des Ankers durch die wirkenden Wechselkräfte entgegenzuwirken.The proposed additional material or positive Ver Binding the anchor to the cone pieces serves to loosen the anchor counteract by the acting alternating forces.
Mit der Erfindung ist in weiterer vorteilhafter Weise ein geringeres Gewicht der Stößel-Anker-Einheit bzw. eine geringere bewegte Masse erzielt, so daß die Feder kräfte des Feder-Masse-Systems verringert werden können und ebenso die Magnetfläche jedes Aktuators, womit Gewicht und Bauraum vorteilhaft reduziert sind. Weiter ist mit dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren ein minimaler Schief stand zwischen Anker und Stößel erreicht, wobei im weiteren die magnetischen Ei genschaften des Ankers voll erhalten sind und durch den Stößel aus einem Kera mik-Werkstoff magnetische Störfelder entfallen. Schließlich ist eine prozeßsichere Verbindung bei geringen Herstellkosten erreicht, insbesondere dann, wenn in weite rer Ausgestaltung der Erfindung der Stößel aus Silizium-Nitrid-Keramik gefertigt und auf Fertigmaß bearbeitet dem Herstellverfahren zugeführt wird.With the invention is in a further advantageous manner a lower weight Tappet-anchor unit or a lower moving mass achieved so that the spring Forces of the spring-mass system can be reduced and so can the Magnetic surface of each actuator, which advantageously reduces weight and installation space are. Furthermore, there is minimal skewing with the manufacturing method according to the invention stood between anchor and plunger, the magnetic egg properties of the anchor are fully preserved and by the plunger from a Kera The mic material eliminates magnetic interference fields. After all, it is a reliable process Connection achieved at low manufacturing costs, especially when in wide rer embodiment of the invention of the plunger made of silicon nitride ceramic and machined to finished size is fed to the manufacturing process.
Weitere Ausgestaltungen sind Inhalte der Unteransprüche.Further configurations are the content of the subclaims.
Die Erfindung ist anhand einer in der Zeichnung dargestellten Stößel-Anker-Einheit erläutert.The invention is based on a plunger-anchor unit shown in the drawing explained.
Bei einem Herstellverfahren für einen stößelgeführten Anker 1 eines nicht gezeigten Aktuators für Hubventile einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird ein Stößel 2 mit einem gesondert ausgebildeten Anker 1 aus einem weichmagnetischen Eisenwerkstoff antriebsfest verbunden.In a manufacturing method for a plunger-guided armature 1 of an actuator, not shown, for lift valves of an internal combustion engine, not shown, a plunger 2 is connected in a drive-proof manner to a separately designed armature 1 made of a soft magnetic iron material.
Bei dem erfindungsgemäß verbesserten Herstellverfahren für eine massereduzierte Stößel-Anker-Einheit wird von einem aus einem Keramikwerkstoff gefertigten Stößel 2 ausgegangen, der zumindest einen Führungsabschnitt 3 aufweist. Weiter wird der Stößel 2 mit einer von den Führungsabschnitten 3 axial beabstandeten Umfangsnut 4 zur Positionierung längsgeteilter Kegelstücke 5 ausgebildet. Diese auf dem Stößel 2 positionierten Kegelstücke 5 dienen dazu, den auf Fertigmaß bearbeiteten Anker 1 mit Press-Sitz anzuordnen. Damit wird der Anker 1 auf die am Stößel 2 angeordne ten Kegelstücke 5 so aufgepreßt, daß über die auf Selbsthemmung ausgelegten Kegelflächen eine radiale Klemmung der Kegelstücke auf dem Keramik-Stößel 2 erreicht wird, die so hoch ist, daß die aus Feder- und Magnetkräften resultierenden Betriebskräfte kraftschlüssig übertragen werden, wobei die Umfangsnut 4 lediglich zur Positionierung der Kegelstücke 5 dient.In the manufacturing method for a reduced-mass tappet-anchor unit, which is improved according to the invention, it is assumed that a tappet 2 made of a ceramic material has at least one guide section 3 . Further, the plunger 2 is formed with an axially spaced apart from the guide portions 3 circumferential groove 4 for positioning longitudinally split cotters. 5 These tapered pieces 5 positioned on the tappet 2 serve to arrange the finished machined anchor 1 with a press fit. Thus, the armature 1 is pressed onto the attached arrange on the plunger 2 th cotters 5 so that a radial clamping is reached, the cone pieces on the ceramic plunger 2 via the designed for self-locking conical surfaces, which is so high that the of spring and magnetic forces resulting operating forces are transmitted non-positively, the circumferential groove 4 is used only for positioning the cone pieces 5 .
Um einer Lockerung der Press-Sitz-Verbindung zwischen den Kegelstücken und dem Anker 1 aufgrund dessen wechselnder Kraftbeaufschlagung zu vermeiden, wird der Anker 1 zumindest mit den verjüngten Abschnitten 6 der Kegelstücke 5 zusätz lich entweder formschlüssig oder durch Elektronenstrahlschweißen stoffschlüssig verbunden. Die Sicherung des Ankers 1 an den Kegelstücken 5 kann weiter dadurch gesteigert sein, daß die Kegelstücke 5 beidendig mit dem Anker 1 stoff- oder form schlüssig verbunden werden.In order to avoid a loosening of the press-fit connection between the cone pieces and the armature 1 due to the alternating application of force, the armature 1 is at least with the tapered sections 6 of the cone pieces 5 additionally Lich either positively or cohesively connected by electron beam welding. The securing of the armature 1 to the cone pieces 5 can be further increased in that the cone pieces 5 are connected at both ends to the armature 1 in a material or form-fitting manner.
In Ausgestaltung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß der Stößel 2 aus Silizium-Nitrid-Keramik gefertigt wird mit dem Vorteil, daß dieser Stößel 2 auf Fertig maß endbearbeitet dem Herstellverfahren zugeführt werden kann.In an embodiment of the invention it is further proposed that the plunger 2 is made of silicon nitride ceramic with the advantage that this plunger 2 can be fed to the manufacturing process finished to finished dimensions.
Der in dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren verwendete Anker 1 ist entweder aus Reineisen oder aus einer Nickel-Eisen-Verbindung (NiFe) oder aus einer Sili zium-Eisen-Verbindung (SiFe) oder aus einer Kobalt-Eisen-Verbindung (CoFe) ge fertigt, wobei der Anker 1 ferner auf seine Gestalt endbearbeitet und bezüglich opti maler magnetischer Eigenschaften warmbehandelt dem erfindungsgemäßen Her stellverfahren zugeführt wird.The anchor 1 used in the manufacturing process according to the invention is either made from pure iron or from a nickel-iron compound (NiFe) or from a silicon-iron compound (SiFe) or from a cobalt-iron compound (CoFe), wherein the armature 1 further finished to its shape and heat treated with respect to optical magnetic properties, the manufacturing method according to the invention is supplied.
Gemäß einem weiteren Vorschlag für das erfindungsgemäße Herstellverfahren ist vorgesehen, daß die je Keramik-Stößel 2 verwendeten beiden Kegelstücke 5 als Fließpressteile aus einem durch Stauchen/Prägen verformbaren oder zum Elektro nenstrahlschweißen geeigneten niedrig legierten Kohlenstoffstahl mit C ≦ 0,4% gefertigt sind.According to a further proposal for the manufacturing method according to the invention, it is provided that the two taper pieces 5 used for each ceramic tappet 2 are made as extruded parts from a low-alloy carbon steel with C ≦ 0.4%, which is deformable by upsetting / stamping or suitable for electron beam welding.
Zur Erzielung eines Herstellverfahrens ohne jeglichen, insbesondere für den Anker 1 nachteiligen Wärmeeintrag werden die Kegelstücke 5 an ihren über den Anker 1 jeweils vorstehenden Abschnitten 6 und 6 zur Lage-Sicherung des Ankers 1 ge staucht oder mit gequetscht abstehend geformten Fortsätzen versehen (nicht ge zeigt).In order to obtain a production method without any particular for the armature 1 adverse heat input the bevel pieces are 5 compresses ge at their respective projecting over the anchor 1 sections 6 and 6 to the position-securing anchor 1 or provided with squeezed spreading shaped projections (not ge shows ).
Um bei einer stoffschlüssigen Verbindung des Ankers 1 mit den Kegelstücken 5 einen ungefährlichen, geringstmöglichen Wärmeeintrag zu haben, wird der Anker 1 mit den Kegelstücken 5 mittels Elektronenstrahl verschweißt.In order to have a non-hazardous, lowest possible heat input when the armature 1 is connected to the cone pieces 5 in a cohesive manner, the armature 1 is welded to the cone pieces 5 by means of an electron beam.
Mit dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren ist eine prozeßsichere, reproduzier bare Verbindung des Ankers aus einem weichmagnetischen Eisenwerkstoff mit einem Keramik-Stößel 2 bei relativ geringen Herstellkosten erzielt, wobei der Kera mik-Stößel 2 auf Fertigmaß bearbeitet mit gefinishten Abschnitten 3 dem Herstell verfahren zugeführt wird.With the manufacturing method according to the invention a reliable, reproducible connection of the armature made of a soft magnetic iron material with a ceramic plunger 2 is achieved at relatively low manufacturing costs, the Kera mic-plunger 2 machined to finished dimensions with finished sections 3 the manufacturing process is supplied.
Claims (5)
- - bei dem ein Stößel (2) mit einem gesondert ausgebildeten Anker (1) aus einem weichmagnetischen Eisenwerkstoff antriebsfest verbunden wird, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Stößel (2) aus einem Keramik-Werkstoff mit zumindest einem Führungsabschnitt (3) gefertigt wird, und
- - mit einer vom Führungsabschnitt (3) axial beabstandeten Umfangsnut (4) zur Positionierung längsgeteilter Kegelstücke (5) ausgebildet wird, wobei
- - auf den am Stößel (2) positionierten Kegelstücken (5) ein auf Fertig maß bearbeiteter Anker (1) mit Press-Sitz angeordnet und zumindest mit den verjüngten Abschnitten (6) der Kegelstücke (5) zusätzlich formschlüssig oder durch Elektronenstrahlschweißen stoffschlüssig verbunden wird.
- in which a plunger ( 2 ) is connected in a drive-proof manner to a separately designed armature ( 1 ) made of a soft magnetic iron material, characterized in that
- - That the plunger ( 2 ) is made of a ceramic material with at least one guide section ( 3 ), and
- - With a from the guide section ( 3 ) axially spaced circumferential groove ( 4 ) for positioning longitudinally divided cone pieces ( 5 ) is formed, wherein
- - On the tappet ( 2 ) positioned cone pieces ( 5 ) a finished machined anchor ( 1 ) with a press fit and at least with the tapered sections ( 6 ) of the cone pieces ( 5 ) is additionally positively or cohesively connected by electron beam welding.
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