EP1004755A2 - Herstellverfahren für einen stösselgeführten Anker eines Aktuators für Hubventile einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
Definitions
- 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.
- a known drive-resistant connection of the armature to the shaft is, for example achieved by soldering as this is the schematic representation of the drawing the patent application 197 55 271 can be found.
- connection method is disadvantageously complex and requires for example, due to the compliance of the soldering gap, a complex holding 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 an elaborate Heat process are to be restored. Loses in this heat process the plunger made of an iron material is one in terms of 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.
- the plunger is made of an iron material, which disadvantageously results in a relatively high mass or a large mass inertia results and also the plunger made of an iron material magnetic Interference fields caused.
- the invention has for its object a manufacturing method for a reduced mass Show plunger-anchor unit.
- 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.
- the basic idea of the invention is the anchor on the cone pieces located on the shaft so that it presses on the conical surfaces designed for self-locking radial clamping of the cone pieces on the ceramic shaft is achieved is, which is advantageously so high that the total of spring and magnetic forces resulting operating forces are transmitted non-positively, the Circumferential groove only serves to position the cone pieces.
- the anchor with the cone pieces serves to loosen the anchor counteract by the acting alternating forces.
- the invention is in a further advantageous manner a lower weight Tappet-armature 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, with the manufacturing method according to the invention, there is minimal skewing reached between armature and plunger, the magnetic properties of the anchor are fully preserved and by the plunger made of a ceramic material magnetic interference fields are eliminated. After all, it is a reliable process Connection achieved at low manufacturing costs, especially if in another Embodiment of the invention of the plunger made of silicon nitride ceramic and machined to finished size is fed to the manufacturing process.
- the invention is based on a plunger-anchor unit shown in the drawing explained.
- the tappet-anchor unit is made of a tappet made of a ceramic material 2, which has at least one guide section 3.
- The will continue Tappet 2 with a circumferential groove axially spaced from the guide sections 3 4 designed for positioning longitudinally tapered pieces 5.
- This on the pestle 2 positioned cone pieces 5 serve to finish the finished anchor 1 to be arranged with a press fit. So that the anchor 1 is arranged on the plunger 2 Cone pieces 5 pressed so that the designed for self-locking Tapered surfaces a radial clamping of the cone pieces on the ceramic tappet 2 is reached, which is so high that the resulting from spring and magnetic forces Operating forces are transmitted non-positively, the circumferential groove 4 only serves to position the cone pieces 5.
- the anchor 1 at least with the tapered sections 6 of the cone pieces 5 additionally either positively or cohesively by electron beam welding connected.
- the securing of the armature 1 on the cone pieces 5 can thereby further be increased that the conical pieces 5 at both ends with the anchor 1 material or positive get connected.
- the plunger 2 Silicon nitride ceramic is manufactured with the advantage that this plunger 2 to the finished size finished can be fed to the manufacturing process.
- the anchor 1 used in the manufacturing process according to the invention is either from pure iron or from a nickel-iron compound (NiFe) or from a silicon-iron compound (SiFe) or made of a cobalt-iron compound (CoFe), the anchor 1 further finished in its shape and in terms of optimal magnetic properties are heat-treated in the manufacturing process according to the invention is fed.
- NiFe nickel-iron compound
- SiFe silicon-iron compound
- CoFe cobalt-iron compound
- the two ceramic cones 2 used cone pieces 5 as Extruded parts made from a deformable by upsetting / stamping or for electron beam welding suitable low-alloy carbon steel with C ⁇ 0.4% are made.
- the anchor 1 becomes a safe, lowest possible heat input welded to the cone pieces 5 by means of an electron beam.
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Abstract
Bei einem Herstellverfahren für einen stößelgeführen 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. <IMAGE>
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.
Eine bekannte antriebsfeste Verbindung des Ankers mit dem Schaft ist beispielsweise
durch Löten erzielt, wie dies der schematischen Darstellung der Zeichnung
der Patentanmeldung 197 55 271 zu entnehmen ist.
Dieses Verbindungs-Verfahren ist in nachteiliger Weise aufwendig und erfordert
beispielsweise wegen der Einhaltung des Lötspaltes eine aufwendige Haltevorrichtung
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 aufwendigen
Wärmeprozeß wieder herzustellen sind. Bei diesem Wärmeprozeß unterliegt
der aus einem Eisenwerkstoff gefertigte Stößel einer bezüglich der Verschleißfestigkeit
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.
Bei der bekannten Anordnung ist der Stößel aus einem Eisenwerkstoff gefertigt,
wodurch in nachteiliger Weise sich eine relativ hohe Masse bzw. eine große Massenträgheit
ergibt und ferner der aus einem Eisenwerkstoff gefertigte Stößel magnetische
Störfelder verursacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellverfahren für eine massereduzierte
Stößel-Anker-Einheit aufzuzeigen.
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.
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 vorgenannten
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.
Grundgedanke der Erfindung ist, den Anker auf die am Schaft befindlichen Kegelstücke
so aufzupressen, daß über die auf Selbsthemmung ausgelegten Kegelflächen
eine radiale Klemmung der Kegelstücke auf dem Keramikschaft erreicht
wird, die vorteilhafterweise so hoch ist, daß die gesamten aus Feder- und Magnetkräften
resultierenden Betriebskräfte kraftschlüssig übertragen werden, wobei die
Umfangsnut lediglich zur Positionierung der Kegelstücke dient.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene zusätzliche stoff- oder formschlüssige Verbindung
des Ankers mit den Kegelstücken dient dazu, einer Lockerung des Ankers
durch die wirkenden Wechselkräfte entgegenzuwirken.
Mit der Erfindung ist in weiterer vorteilhafter Weise ein geringeres Gewicht der
Stößel-Anker-Einheit bzw. eine geringere bewegte Masse erzielt, so daß die Federkräfte
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 Schiefstand
zwischen Anker und Stößel erreicht, wobei im weiteren die magnetischen Eigenschaften
des Ankers voll erhalten sind und durch den Stößel aus einem Keramik-Werkstoff
magnetische Störfelder entfallen. Schließlich ist eine prozeßsichere
Verbindung bei geringen Herstellkosten erreicht, insbesondere dann, wenn in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung der Stößel aus Silizium-Nitrid-Keramik gefertigt und
auf Fertigmaß bearbeitet dem Herstellverfahren zugeführt wird.
Weitere Ausgestaltungen sind Inhalte der Unteransprüche.
Die Erfindung ist anhand einer in der Zeichnung dargestellten Stößel-Anker-Einheit
erläutert.
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.
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 angeordneten
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.
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 zusätzlich
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 formschlüssig
verbunden werden.
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 Fertigmaß
endbearbeitet dem Herstellverfahren zugeführt werden kann.
Der in dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren verwendete Anker 1 ist entweder
aus Reineisen oder aus einer Nickel-Eisen-Verbindung (NiFe) oder aus einer Silizium-Eisen-Verbindung
(SiFe) oder aus einer Kobalt-Eisen-Verbindung (CoFe) gefertigt,
wobei der Anker 1 ferner auf seine Gestalt endbearbeitet und bezüglich optimaler
magnetischer Eigenschaften warmbehandelt dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren
zugeführt wird.
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 Elektronenstrahlschweißen
geeigneten niedrig legierten Kohlenstoffstahl mit C≤0,4%
gefertigt sind.
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 gestaucht
oder mit gequetscht abstehend geformten Fortsätzen versehen (nicht gezeigt).
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.
Mit dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren ist eine prozeßsichere, reproduzierbare
Verbindung des Ankers aus einem weichmagnetischen Eisenwerkstoff mit
einem Keramik-Stößel 2 bei relativ geringen Herstellkosten erzielt, wobei der Keramik-Stößel
2 auf Fertigmaß bearbeitet mit gefinishten Abschnitten 3 dem Herstellverfahren
zugeführt wird.
Claims (5)
- Herstellverfahren für einen stößelgeführten Anker eines Aktuators für Hubventile einer Brennkraftmaschine,dadurch gekennzeichnet,bei dem ein Stößel (2) mit einem gesondert ausgebildeten Anker (1) aus einem weichmagnetischen Eisenwerkstoff antriebsfest verbunden wird,daß der Stößel (2) aus einem Keramik-Werkstoff mit zumindest einem Führungsabschnitt (3) gefertigt wird, undmit einer vom Führungsabschnitt (3) axial beabstandeten Umfangsnut (4) zur Positionierung längsgeteilter Kegelstücke (5) ausgebildet wird, wobeiauf den am Stößel (2) positionierten Kegelstücken (5) ein auf Fertigmaß 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.
- Herstellverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (2) aus Silizium-Nitrid-Keramik gefertigt und auf Fertigmaß endbearbeitet dem Herstellverfahren zugeführt wird.
- Herstellverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (1) aus Reineisen oder NiFe oder SiFe oder CoFe gefertigt, auf Gestalt endbearbeitet und bezüglich magnetischer Eigenschaften warmbehandelt dem Herstellverfahren zugeführt wird.
- Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die je Stößel (2) verwendeten beiden Kegelstücke (5) als Fließpressteile aus einem durch Stauchen/Prägen verformbaren oder zum Elektronenstrahlschweißen (Pfeil "A") geeigneten niedriglegierten Kohlenstoffstahl mit C ≤ 0,4 % gefertigt werden.
- Herstellverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelstücke (5) beidendig (6, 6') mit dem Anker (1) stoff- oder formschlüssig verbunden werden.
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