DE19914591A1 - Verfahren zur Herstellung von Elektromagneten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektromagneten vorzugsweise für Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen, bei dem unter Verwendung einer Vergußmasse beim Einsetzen der Erregerspule in das Spulenfenster des Jochs eines Elektromagnets eine Wechselspannung angelegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektromagneten, die jeweils aus einem Joch und einer Erregerspule bestehen, wobei die Erregerspule im Joch in einem Spulenfenster angeordnet und durch eine Vergußmasse fixiert wird. Derartige Elektromagnete werden beispielsweise für Aktoren zur elektromagnetischen Ventil­ steuerung bei Brennkraftmaschinen verwendet.

Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung besteht im wesentlichen aus einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, die durch ein Bauteil aus einem nicht ferromagnetischen Material voneinander getrennt sind, welches beispielsweise als Gehäuseteil ausgeführt ist. Der Öffnermagnet und der Schließermagnet sind Elektromagneten, die jeweils aus einer Erregerspule und einem Joch bestehen; wobei die Erregerspule im Joch in einem Spulenfenster angeordnet und durch eine Vergußmasse fixiert ist. Zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet befindet sich die aus einem ferromagnetischen Material bestehende Ankerplatte, die durch Bestromen der Erregerspule des Öffnermagneten oder der Erregerspule des Schließermagneten in die jeweilige Richtung bewegt wird. Der Öffnermagnet weist eine Durchführung für einen Stößel auf, der die auf die Ankerplatte einwirkenden Kräfte auf mindestens ein Gaswechselventil überträgt.

Bei der Konstruktion der Elektromagnete werden die Abmessungen und Proportio­ nen des Jochs, des Spulenfensters und der Erregerspule des Öffnermagneten sowie des Schließermagneten exakt aufeinander abgestimmt, wobei es für die Optimierung der Magnetkraft und für eine gute thermische Anbindung der Erregerspule an das Joch notwendig ist den Spalt zwischen Joch und Spule so klein wie möglich zu hal­ ten.

Dieser Anforderung stehen unvermeidliche Fertigungstoleranzen sowie die Anforde­ rung entgegen, daß die dünne Isolierung des Wicklungsdrahtes der Erregerspulen nicht beschädigt werden darf.

Zudem sollten in die Vergußmasse keine Gasblasen eingebracht werden, die die thermische Anbindung der Erregerspule an das Joch verschlechtern würden.

Bei Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung werden die Erregerspulen mit Strömen von bis zu 25 Ampere belastet, wobei eine kritische Temperatur von 135° Celsius nicht überschritten werden darf. Gasblasen in der Vergußmasse können zu einem lokalen Wärmestau führen, wobei die Gefahr besteht, daß die kritische Tem­ peratur von 135°Celsius lokal überschritten wird und die Erregerspule und/oder die Vergußmasse schaden nehmen.

Zur Vermeidung von Gasblasen kann im Herstellungsprozeß während des Aushär­ tens der Vergußmasse ein Vakuumschritt angewendet werden, der jedoch sehr aufwendig, zeitintensiv und somit teuer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Elek­ tromagneten, vorzugsweise für Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei dem die Erregerspule leicht in das mit Vergußmasse gefüllte bzw. zu füllende Spulenfenster eintaucht, und bei dem Gasblasen in der Vergußmasse vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei während des Herstellungsprozesses der Elektromagnete beim Eintau­ chen der Erregerspule in das mit flüssiger Vergußmasse gefüllte Spulenfenster und/oder beim Einsetzen der Erregerspulen in das Spulenfenster und dem Übergie­ ßen mit der Vergußmasse an die Erregerspule eine Wechselspannung angelegt wird.

Die Frequenz der an die Erregerspule angelegten Wechselspannung wird so gewählt, daß die Erregerspule derart in Schwingungen versetzt wird, daß die flüssige Ver­ gußmasse im Spulenfenster besser verteilt wird und leichter in Unebenheiten wie in die durch den Wicklungsdraht der Erregerspulen geriffelte Oberfläche der Erreger­ spulen fließt, und daß die Entstehung von Gasblasen in der Vergußmasse vermieden wird, welche die Anbindung der Erregerspulen an das Joch der Elektromagneten verschlechtern würden.

Nach dem Eintauchen der Erregerspule in das mit flüssiger Vergußmasse gefüllte Spulenfenster und/oder nach dem Einsetzen der Erregerspule in das Spulenfenster und dem Übergießen mit der Vergußmasse wird an die Erregerspule eine Wech­ selspannung oder eine Gleichspannung angelegt, wobei die Stromstärke, Bestrom­ ungsdauer und Bestromungsart so gewählt wird, daß die Zeitspanne bis zum Erstar­ ren bzw. zum Aushärten der Vergußmasse verkürzt wird, ohne daß dabei die Erre­ gerspule überlastet wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Erregerspule vor und/oder während dem Anlegen der Wechselspannung gekühlt wird, wodurch eine thermische Ausdehnung der Erregerspule kompensiert wird.

In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Vergußmasse ein Epoxyd-Harz verwendet wird.

Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit werden der Vergußmasse Zusätze wie Aluminiumoxid oder Berylliumoxid beigemengt.

Durch das beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Aktors zur elektromagneti­ schen Ventilsteuerung kann durch die an die Erregerspule angelegte Wechselspan­ nung der Spalt zwischen der Erregerspule und dem Joch der Elektromagneten klein ausgelegt werden, wobei die Entstehung von Gasblasen in der Vergußmasse, die die thermische Anbindung der Erregerspulen an das Joch der Elektromagneten ver­ schlechtern, vermieden werden, und wobei die Vergußmasse durch die resultierende Erwärmung der Erregerspule schneller aushärtet.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung.

Fig. 2 die schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung beim Einsetzen der Erregerspule in das Spulenfenster des Jochs des Elektromagneten.

In der Fig. 1 ist ein rechteckig ausgeführter Aktor zur elektromagnetischen Ventil­ steuerung schematisch dargestellt. Das Joch des Öffnermagneten ÖM und das Joch des Schließermagneten SM, die jeweils ein hohlzylindrisches Spulenfenster SF zur Aufnahme einer Erregerspule ES_ÖM, ES_SM aufweisen, werden durch zwei Distanz­ stücke DS voneinander getrennt, die aus einem nicht ferromagnetischen Material gefertigt sind. Zwischen den Distanzstücken DS oszilliert die rechteckige Ankerplat­ te AP. An der Ankerplatte AP ist der Stößel S befestigt, der die auf die Ankerplatte AP einwirkenden Kräfte über eine Durchführung im Joch des Öffnermagneten ÖM auf ein Gaswechselventil überträgt. In der Verlängerung des Stößels S liegt auf der Ankerplatte AP eine Schubstange SS auf, die über eine Durchführung in dem Joch des Schließermagneten SM die auf die Ankerplatte AP einwirkenden Kräfte auf die Aktorfeder AF überlägt. Dazu ist an der Schubstange SS ein Aktorfederteller AFT ausgearbeitet, auf dem die Aktorfeder AF aufliegt, und über den die Aktorfeder AF die Schubstange SS gegen die Ankerplatte AP preßt. Die Aktorfeder AF befindet sich in einer radialsymmetrisch um die Durchführung der Schubstange SS ausgebil­ deten Ausformung des Jochs des Schließermagneten SM. Die Ausformung des Jochs des Schließermagneten SM weist auf der Innenseite ein Gewinde auf, in das ein Schraubdeckel SD eingeschraubt ist. Mittels des Schraubdeckels SD kann die Vorspannung der Aktorfeder AF verändert werden, wodurch die Ruhelage der An­ kerplatte AP einstellbar ist.

In die Durchführung des Jochs des Öffnermagneten ÖM sowie in die Durchführung des Jochs des Schließermagneten SM ist für den Stößel S und die Schubstange SS jeweils eine Führungshülse eingepreßt.

Die Erregerspule ES_ÖM des Öffnermagneten ÖM und die Erregerspule ES_SM des Schließermagneten SM sind ihrer geringfügig verschiedenen Aufgabe entsprechen unterschiedlich ausgeführt. Während die Erregerspule ES_ÖM des gegen den Brenn­ raumdruck öffnenden Öffnermagneten ÖM 93 Wicklungen eines 0,75 mm² dicken Kupferdrahtes aufweist, ist die Erregerspule ES_SM des Schließermagneten SM mit 80 Wicklungen eines 0,69 mm² dicken Kupferdraht ausgeführt. Die Spulenfenster SF im Joch des Öffnermagneten und im Joch des Schließermagneten sind den Abmessun­ gen der unterschiedlichen Erregerspulen ES_ÖM, ES_SM genau angepaßt, wobei für den Innendurchmesser und den Außendurchmesser der hohlzylindrischen Erregerspulen ES_ÖM, ES_SM jeweils eine Toleranz von lediglich 0.2 Millimeter vorgesehen ist, d. h. die Spulenfenster SF sind um 0.4 Millimeter größer ausgeführt, als es die Erregerspulen ES_ÖM, ES_SM gemäß ihrer Konstruktion erfordern.

In der Fig. 2 ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, durch welche die Erre­ gerspulen ES_ÖM, ES_SM mit einem geringen mechanischen Widerstand in das Joch des Öffnermagneten ÖM und in das Joch des Schließermagneten SM eingesetzt und mit der Vergußmasse VM fixiert werden.

Als Vergußmasse VM wird Epoxyd-Harz verwendet, dem zur besseren Wärmeleit­ fähigkeit 10 Volumenprozent Aluminiumoxid (Al₂O₃) zugesetzt werden. Die Verarbei­ tungstemperatur des Epoxyd-Harz/Aluminiumoxid-Gemisches beträgt ca. 100° Celsius.

80% der benötigten Vergußmasse VM werden vor dem Einsetzen der Erregerspule ES_ÖM, ES_SM in das Spulenfenster des Jochs des Öffnermagneten und des Schließer­ magneten gegeben. Daraufhin wird die jeweilige Erregerspule ES_ÖM, ES_SM in das Spulenfenster SF eingesetzt, wobei an der Erregerspule ES_ÖM, ES_SM eine Wech­ selspannung mit einer Frequenz von 100 Hertz angelegt ist. Durch diese Wech­ selspannung wird die Erregerspule ES_ÖM, ES_SM in Schwingungen versetzt, durch welche die Erregerspule ES_ÖM, ES_SM leicht in das mit Epoxyd-Harz gefüllte Spu­ lenfenster SF einsinkt. Dabei werden Schäden an der Isolierung des Kupferdrahtes der Erregerspulen ES_ÖM, ES_SM vermieden. Zudem entweichen umgehend in das Epoxyd-Harz eingebrachte Gasblasen, was durch die Erwärmung der Erregerspule und der Vergußmasse durch eine der Erstarrung vorausgehenden Absenkung der Viskosität der Vergußmasse unterstützt wird.

Ist die Erregerspule korrekt im Spulenfenster positioniert werden die restlichen 20% des Epoxyd-Harz/Aluminiumoxid-Gemisches in das Spulenfenster gegeben. Dabei ist die Wechselspannung ständig an der Erregerspule ES_ÖM, ES_SM angelegt. Um einer thermischen Ausdehnung der Erregerspule ES_ÖM, ES_SM entgegenzuwirken, die aus der Erwärmung durch die angelegte Wechselspannung folgt, kann die Erre­ gerspule ES_ÖM, ES_SM vor dem Einsetzen in das Spulenfenster gekühlt werden.

Um das Erstarren und das Aushärten des Epoxyd-Harzes zu beschleunigen wird an die Erregerspule ES_ÖM, ES_SM eine Gleichspannung von 12 Volt angelegt, wobei für 10 Sekunden ein Strom von 15 Ampere fließt.

Das Anlegen der Gleichspannung an die Erregerspule ES_ÖM, ES_SM mit einer hohen Stromstärke kann zugleich als Funktions- und Belastungstest für den Elektromagne­ ten genutzt werden.

Durch das Verfahren zur Herstellung von Elektromagneten werden bei einem Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen besonders kleine Spate zwischen der Erregerspule und dem Spulenfenster des Jochs des Öffnerma­ gneten und des Schließermagneten ermöglicht, wobei die Bildung von Gasblasen in der Vergußmasse vermieden wird, die Vergußmasse schneller aushärtet und die thermischen Anbindung zwischen der Erregerspule und dem Joch der Elektromagne­ ten verbessert wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Elektromagneten, die jeweils aus einem Joch und einer Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) bestehen, wobei die Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) im Joch in einem Spulenfenster (SF) angeordnet und durch eine Vergußmasse (VM) fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Eintauchen der Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) in das mit flüssiger Vergußmasse (VM) gefüllte Spulenfenster (SF) und/oder beim Einsetzen der Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) in das Spulenfenster (SF) und dem Übergießen mit der Vergußmasse (VM) an die Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) eine Wechselspannung angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der an die Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) angelegten Wechselspannung so gewählt wird, daß die Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) derart in Schwingungen versetzt wird, daß die flüs­ sige Vergußmasse (VM) im Spulenfenster (SF) besser verteilt wird und leichter in Unebenheiten fließt, und daß die Entstehung von Gasblasen in der Vergußmasse (VM) vermieden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Eintauchen der Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) in das mit flüssiger Vergußmasse (VM) gefüllte Spulenfenster (SF) und/oder nach dem Einsetzen der Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) in das Spulenfenster (SF) und dem Übergießen mit der Verguß­ masse (VM) an die Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung angelegt wird, wobei die Stromstärke und die Bestromungsdauer so gewählt wird, daß die Zeitspanne bis zum Erstarren bzw. zum Aushärten der Vergußmasse (VM) verkürzt wird, ohne daß die Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) überla­ stet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (ES_ÖM, ES_SM) vor und/oder während dem Anlegen der Wech­ selspannung gekühlt wird, wodurch eine thermische Ausdehnung der Erreger­ spule (ES_ÖM, ES_SM) kompensiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergußmasse (VM) ein Epoxyd-Harz verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergußmasse(VM) Zusätze zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit beigemengt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusätze Beryllium­ oxid oder Aluminiumoxid verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Herstellung von Elektromagneten für Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen.