DE102004029504A1

DE102004029504A1 - Actuator manufacture used in internal combustion engine, involves making actuator with appropriate push rod and target, such that target is formed through thermal spraying method and is directly attached to push rod

Info

Publication number: DE102004029504A1
Application number: DE102004029504A
Authority: DE
Inventors: Olaf Dr. Josef; Klaus Dr. Gebauer; Christoph Dr. Hartwig; Ewald Jördens
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-19
Also published as: DE102004029504B4

Abstract

The method involves making an actuator (14) with appropriate push rod (20) and a target (26). The target is formed through thermal spraying method, and is directly attached to the push rod. The thermal spraying method can be flame spraying or plasma spraying. The target is made of ferromagnetic material. An independent claim is also included for the actuator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aktuators, insbesondere eines Aktuators eines nockenwellenlos angetriebenen Hubventils einer Brennkraftmaschine, wobei der Aktuator einen Stößel und ein am Stößel angebrachtes Target aufweist.The Invention relates to a method for producing an actuator, in particular an actuator of a camshaft driven Lifting valve of an internal combustion engine, wherein the actuator is a plunger and a mounted on the ram Target has.

Für die Positions- oder Geschwindigkeitsbestimmung von Magnetankern bei nockenwellenlosen Ventiltrieben werden häufig Weg- bzw. Geschwindigkeitssensoren eingesetzt, die auf dem induktiven Wirkprinzip beruhen oder mit einer Hallsonde bzw. einem anderen magnetische Felder messenden Sensor ausgerüstet sind. Dabei wird ein weichmagnetisches Sensortarget fest mit dem den Ankerschaft bildenden Stößel des Magnetankers verbunden. Mittels eines entsprechend ausgelegten Sensors wird die Position bzw. die Geschwindigkeit des Targets und damit des Stößels erkannt und einer Regelund Steuereinheit zugeführt. Die Signalgüte wird von dem Permeabilitätsunterschied zwischen dem Targetmaterial und dem umgebenden Material des Stößels bzw., bei mit Wechselstrom gespeisten induktiven Sensoren, von dem Unterschied des spezifischen elektrischen Leitwertes zwischen dem Material des Sensortargets und des Stößels beeinflußt. Üblicherweise werden für das Sensortarget weichmagnetische, das heißt ferromagnetische oder ferrimagnetische, Materialien verwendet und der Stößel ist aus einem nichtmagnetischen, das heißt dia-, para- oder antiferromagnetischen Material gebildet. Es können aber auch hochleitende Sensortargets, beispielsweise aus Kupfer, mit einem Stößel aus einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden. Auch umgekehrte Kombinationen der vorgenannten Materialien für den Stößel und das Sensortarget sind möglich.For the position or velocity determination of armatures in camshaft-less valve drives become common Displacement and speed sensors used on the inductive action principle based or with a Hall probe or another magnetic Fields measuring sensor equipped are. This is a soft magnetic sensor target fixed to the the armature shaft forming plunger of Magnetic anchor connected. By means of a suitably designed sensor becomes the position or the speed of the target and thus recognized the plunger and fed to a control and control unit. The signal quality is from the permeability difference between the target material and the surrounding material of the plunger or with inductive sensors powered by alternating current, from the difference of the specific electrical conductance between the material of the Sensor targets and the plunger affected. Usually be for the sensor target soft magnetic, that is ferromagnetic or ferrimagnetic, Materials used and the ram is from a non-magnetic, ie dia-, para- or antiferromagnetic Material formed. It can but also highly conductive sensor targets, such as copper, with a pestle a material with low electrical conductivity can be used. Also reverse Combinations of the aforementioned materials for the ram and the sensor target are possible.

Die bisher eingesetzten Sensortargets werden üblicherweise aus Vollmaterial durch Prägen, Drehen, Fräsen oder Erodieren hergestellt und mit dem Ankerschaft verbunden. Hierzu werden die Targets in eine Nut im Stößel eingelötet, eingeklebt oder eingepreßt, oder das Targetmaterial wird durch Galvanisieren aufgetragen. Diese Verfahren sind zeit- und kostenintensiv und können bei der Serienfertigung zu einer Streuung der Signalgüte über größere Stückzahlen führen, falls nicht alle Verfahrensbedingungen in engen Grenzen konstant gehalten werden.The Previously used sensor targets are usually made of solid material by embossing, turning, mill or EDM and connected to the armature shaft. For this the targets are soldered, glued or pressed into a groove in the ram, or the target material is applied by electroplating. This procedure are time consuming and costly and can be used in mass production to a dispersion of the signal quality over larger numbers to lead, if not all process conditions within narrow limits constant being held.

Aus der DE 202 09 369 U1 ist ein elektromagnetischer Aktuator bekannt, der ein am Stößel angebrachtes Target aufweist, und bei dem das Target Eisen oder eine Eisenlegierung enthält und pulvermetallurgisch hergestellt ist. Das so hergestellte Target soll sich durch eine geringe elektrische Leitfähigkeit, eine hohe Permeabilität, eine geringe Koerzitivfeldstärke und eine gute Frequenzstabilität der Permeabilität auszeichnen.From the DE 202 09 369 U1 For example, an electromagnetic actuator is known which has a target mounted on the plunger and in which the target contains iron or an iron alloy and is manufactured by powder metallurgy. The target thus produced should be distinguished by a low electrical conductivity, a high permeability, a low coercivity and a good frequency stability of the permeability.

Die Erfindung schafft ein vereinfachtes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines mit einem Sensortarget versehenen Aktuators, das zudem eine gleichbleibende Qualität des Sensortargets in der Serienproduktion gewährleistet.The This invention provides a simplified and inexpensive method of manufacture a provided with a sensor target actuator, which also has a consistent quality of the sensor target in series production.

Dies wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Aktuators, insbesondere eines Aktuators eines nockenwellenlos angetriebenen Hubventils einer Brennkraftmaschine, der eingangs genannten An dadurch erreicht, daß das Target durch ein thermisches Spritzverfahren auf den Stößel aufgebracht und dadurch unmittelbar am Stößel befestigt wird. Dieses Verfahren führt zu einer guten Haftung des Targets am Stößel, ohne daß eine die magnetischen Eigenschaften der verwendeten Materialien beeinflussende Lötung oder Klebung durchgeführt werden muß. Damit ist auch die Signalgüte des Sensortargets erheblich verbessert und die sogenannte Serienstreuung ist auf ein Minimum reduziert. Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise an verschiedene Targetmaterialien angepaßt werden. Je nach dem gewünschten Meßprinzip des Sensors und dem gewünschten thermischen Spritzverfahren kann das für Verfahren und Sensor am besten geeignete Targetmaterial ausgewählt werden. Insbesondere kann das Target durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen auf den Stößel aufgebracht werden.This is in a process for producing an actuator, in particular an actuator of a camshaft driven lift valve a Internal combustion engine, the aforementioned An achieved thereby that this Target applied by a thermal spray on the plunger and thereby attached directly to the plunger becomes. This procedure leads to a good adhesion of the target on the plunger, without that one magnetic properties of the materials used soldering or gluing performed must become. This is also the signal quality of the sensor target significantly improved and the so-called series dispersion is reduced to a minimum. Finally, the inventive method be adapted in a simple manner to different target materials. Depending on the desired Measuring principle of the sensor and the desired one Thermal spraying can do that best for process and sensor selected suitable target material become. In particular, the target may be by flame spraying or plasma spraying be applied to the ram.

Bevorzugt wird das Target aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Material, wie beispielsweise Fe, Ni, Co, NiFe, FeSi und FeCo, hergestellt. Bei mit Wechselstrom gespeisten induktiven Sensoren, die ein Sensortarget mit guter elektrischer Leitfähigkeit benötigen, werden bevorzugt elektrisch hochleitende Materialien, wie beispielsweise Kupfer, zur Herstellung des Targets verwendet. Falls Sensoren eingesetzt werden, die ein Target mit einem schlechten elektrischen Leitwert benötigen, wird das thermische Spritzverfahren zur Herstellung des Targets unter oxidierenden Bedingungen durchgeführt. Dadurch bilden sich feine Partikel, die beim Auftreffen auf den Stößel bereits oberflächlich oxidiert sind. Alternativ dazu kann als Ausgangsmaterial für das thermische Spritzen auch ein bereits voroxidiertes Pulvermaterial verwendet werden.Prefers the target is made of a ferromagnetic or ferrimagnetic Material such as Fe, Ni, Co, NiFe, FeSi and FeCo produced. For inductive sensors powered by alternating current, which is a sensor target with good electrical conductivity need, are preferred electrically highly conductive materials such as Copper, used to make the target. If sensors are used be a target with a poor electrical conductance need, becomes the thermal spraying process for the production of the target carried out under oxidizing conditions. This creates fine Particles that already oxidize superficially when hitting the ram are. Alternatively, as the starting material for the thermal Spraying also used an already pre-oxidized powder material become.

Besonders vorteilhaft ist, wenn der Stößel eine Umfangsnut aufweist und das Target als ein kreisförmig geschlossener Targetring mit einem thermischen Spritzverfahren in die Nut eingebracht wird.Especially is advantageous if the plunger a Having circumferential groove and the target as a circular closed Targetring introduced with a thermal spray process in the groove becomes.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Aktuator zur Betätigung eines nockenwellenlos angetriebenen Hubventils einer Brennkraftmaschine, der nach dem oben beschriebenen Verfahren erhältlich ist, und der einen oszillierend bewegten, mit dem Hubventil gekoppelten Stößel aufweist. Das direkt am Außenumfang des Stößels angebrachte Target ist durch ein thermisches Spritzverfahren hergestellt.The invention further relates to an Ak tuator for actuating a camshaft-driven lift valve of an internal combustion engine, which is obtainable by the method described above, and having an oscillating moving, coupled to the lift valve plunger. The target attached directly to the outer circumference of the plunger is produced by a thermal spraying process.

In der Nähe des Targetrings ist vorzugsweise ein auf dem Induktionsprinzip arbeitender oder ein auf der Messung magnetischer Felder beruhender Sensor vorgesehen, der die Lage, die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung des Targets und damit des Stößels erfaßt.In nearby of the target ring is preferably a working on the induction principle or a sensor based on the measurement of magnetic fields, the location, speed or acceleration of the target and thus the ram detected.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:Further Advantages of the invention will become apparent from the following description a preferred embodiment and the drawings referred to. In the drawing demonstrate:

1 einen Längsschnitt durch einen in einer Brennkraftmaschine eingebauten Aktuator und des durch den Aktuator betätigten, nockenwellenlos angetriebenen Hubventils; und 1 a longitudinal section through an installed in an internal combustion engine actuator and actuated by the actuator, camshaft-driven lift valve; and

2 eine vergrößerte Ansicht des Stößels im Bereich des Targets. 2 an enlarged view of the plunger in the region of the target.

In 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 im Bereich des Zylinderkopfes dargestellt, bei der das Hubventil 12 durch einen nockenwellenlosen Ventiltrieb in Form eines elektromagnetischen Aktuators 14 betätigt wird. Der Aktuator 14 umfaßt zwei Elektromagnete 16, 18, durch die sich ein Anker oder, allgemeiner gesagt, ein Stößel 20 erstreckt, der an seinem unteren Ende zeitweilig an den Ventilschaft 22 anschlägt, so daß die axiale, oszillierende Bewegung des Stößels 20 unmittelbar eine entsprechende Bewegung des Hubventils 12 hervorruft. Die Axialbewegung des Stößels 20 soll weggesteuert erfolgen, weshalb die Lage des Stößels 20 möglichst exakt und schnell ermittelt werden muß. Ein den Stößel 20 umgebender induktiv arbeitender oder auf der Messung magnetischer Felder beruhender Sensor 24 ist für die Positionsbestimmung des Stößels 20 vorgesehen. Radial einwärts des Sensors 24 ist ein Targetring 26 in einer Umfangsnut 60 im Stößel spiel- und spaltfrei aufgenommen. Der Sensor 24 bestimmt die Lage des Targetrings 26 und damit des Stößels 20 und des Hubventils 22.In 1 is an internal combustion engine 10 shown in the area of the cylinder head, where the lift valve 12 by a camshaft-less valve drive in the form of an electromagnetic actuator 14 is pressed. The actuator 14 includes two electromagnets 16 . 18 , through which an anchor or, more generally, a pestle 20 extends, which at its lower end temporarily to the valve stem 22 abuts, so that the axial, oscillating movement of the plunger 20 directly a corresponding movement of the lift valve 12 causes. The axial movement of the plunger 20 should be done away-controlled, which is why the location of the plunger 20 must be determined as accurately and quickly as possible. A the pestle 20 surrounding inductively or sensor based on the measurement of magnetic fields 24 is for determining the position of the plunger 20 intended. Radially inward of the sensor 24 is a target ring 26 in a circumferential groove 60 recorded free of play and gaps in the ram. The sensor 24 determines the position of the target ring 26 and thus the pestle 20 and the lift valve 22 ,

Der Targetring 26 ist gemäß einer Ausführungsform aus einem weichmagnetischen Material, insbesondere aus ferromagnetischen bzw. ferrimagnetischen Elementen oder Legierungen wie beispielsweise Fe, Ni, Co, NiFe, FeSi oder FeCo, hergestellt. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann zur Herstellung des Targets 26 ein elektrisch hochleitendes Material, wie zum Beispiel Kupfer, verwendet werden. Je nach dem Material des Ankerschafts und/oder dem Arbeitsprinzip des Sensors kann das Target schließlich auch aus einem Material mit einem schlechten elektrischen Leitwert bestehen. Hierzu werden insbesondere oberflächlich oxidierte Metallpulver und ganz besonders bevorzugt reines Eisenpulver (Reinheitsgrad größer als 95%) mit oxidierter Außenoberfläche der Pulverteilchen verwendet.The tartring 26 According to one embodiment, it is made of a soft magnetic material, in particular of ferromagnetic or ferrimagnetic elements or alloys such as Fe, Ni, Co, NiFe, FeSi or FeCo. According to another embodiment, for the preparation of the target 26 an electrically highly conductive material, such as copper may be used. Finally, depending on the material of the armature shaft and / or the operating principle of the sensor, the target can also consist of a material with a poor electrical conductance. For this purpose, in particular surface-oxidized metal powder and very particularly preferably pure iron powder (purity greater than 95%) are used with oxidized outer surface of the powder particles.

Der Stößel 20 ist vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Werkstoff, beispielsweise einer nicht-magnetischen Stahlstange, gefertigt. Das Hubventil 12 wird bei der in 1 gezeigten Ausführungsform durch eine Druckfeder 30 in die gezeigte Schließstellung gedrückt, die an einem am Ventilschaft 22 befestigten Federteller 28 angreift.The pestle 20 is preferably made of a non-magnetic material, such as a non-magnetic steel rod. The lift valve 12 will be at the in 1 shown embodiment by a compression spring 30 pressed into the closed position shown, the one at the valve stem 22 attached spring plate 28 attacks.

Die Herstellung des Targets 26 erfolgt erfindungsgemäß durch ein thermisches Spritzverfahren, wie beispielsweise Plasmaspritzen oder Flammspritzen. Das Ausgangsmaterial für das Target 26, beispielsweise ferromagnetische bzw. ferrimagnetische Elemente oder Legierungen wie Fe, Ni, Co, NiFe, FeSi, FeCo, oder ein hochleitendes elektrisches Material wie Kupfer, kann dabei pulverförmig oder in fester Form, beispielsweise als Draht, vorliegen. In einer mit Druckgas betriebenen Spritzpistole werden diese Ausgangsmaterialien durch Erhitzen oder in einem Plasma geschmolzen bzw. plastifiziert und in kleinste Partikel zerstäubt. Diese treffen in der noch fast flüssigen Phase auf die Oberfläche des Stößels 20 im Bereich der Umfangsnut 60 auf, wo sich die einzelnen Partikel zu einer zusammenhängenden Schicht aneinanderlagern und sich untereinander und mit der Oberfläche des Stößels 20 verklammern. Das thermische Spritzverfahren wird üblicherweise unter einer Inertgasatmosphäre durchgeführt. Falls ein Target 26 mit schlechtem elektrischen Leitwert benötigt wird, kann das themische Spritzverfahren auch in einer oxidierenden Atmosphäre, beispielsweise mit Druckluft, durchgeführt werden. Es ist ebenso möglich, bereits voroxidierte Metallpulver als Ausgangsmaterial für das thermische Spritzen zu verwenden.The production of the target 26 takes place according to the invention by a thermal spraying method, such as plasma spraying or flame spraying. The starting material for the target 26 For example, ferromagnetic or ferrimagnetic elements or alloys such as Fe, Ni, Co, NiFe, FeSi, FeCo, or a highly conductive electrical material such as copper, may be in powder form or in solid form, for example as a wire. In a spray gun operated with compressed gas, these starting materials are melted or plasticized by heating or in a plasma and atomized into very small particles. These meet in the still almost liquid phase on the surface of the plunger 20 in the area of the circumferential groove 60 on where the individual particles abut each other into a coherent layer and with each other and with the surface of the plunger 20 brace. The thermal spraying process is usually carried out under an inert gas atmosphere. If a target 26 is required with poor electrical conductivity, the thematic spray process can also be carried out in an oxidizing atmosphere, for example with compressed air. It is also possible to use pre-oxidized metal powder as the starting material for the thermal spraying.

Die Auswahl des geeigneten Targetmaterials erfolgt im Hinblick auf das gewünschte Meßprinzip des Sensors 24 und das gewünschte Spritzverfahren. Um eine hohe Signalgüte zu erreichen, ist ein möglichst großer Permeabilitätsunterschied zwischen dem Material des Targets 26 und des Stößels 20 einzustellen. Bei mit Wechselstrom gespeisten induktiven Sensoren 24 soll der Unterschied des spezifischen elektrischen Leitwerts zwischen dem Target 26 und dem Material des Stößels 20 möglichst groß sein. Es können daher entweder weichmagnetische Targets 26 mit einem nichtmagnetischen Stößel 20 und/oder ein hochleitendes Target 26 mit einem Stößel 20 aus einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit, und umgekehrt, eingesetzt werden.The selection of the appropriate target material takes place with regard to the desired measuring principle of the sensor 24 and the desired spraying method. In order to achieve a high signal quality, the greatest possible difference in permeability between the material of the target 26 and the pestle 20 adjust. For AC powered inductive sensors 24 should the difference of the specific electrical conductance between the target 26 and the material of the ram 20 be as big as possible. It can therefore either soft magnetic targets 26 with a non-magnetic plunger 20 and / or a highly conductive target 26 with a pestle 20 be used from a material with low electrical conductivity, and vice versa.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Verwendung einfacher und kostengünstiger Beschichtungstechniken zur Herstellung des Targets 26, die insbesondere für die Serienproduktion geeignet sind und eine hohe Signalgüte bei einer geringen Serienstreuung ergeben.The method of the invention allows the use of simple and inexpensive coating techniques for the preparation of the target 26 , which are particularly suitable for mass production and give a high signal quality with a low production spread.

Claims

Method for producing an actuator ( 14 ), in particular an actuator of a camshaft-driven lift valve of an internal combustion engine ( 10 ), wherein the actuator ( 14 ) a pestle ( 20 ) and one on the ram ( 20 ) attached target ( 26 ), characterized in that the target ( 26 ) by a thermal spray process on the plunger ( 20 ) and thereby directly on the plunger ( 20 ) is attached.

Method according to claim 1, characterized in that the target ( 26 ) is applied by flame spraying or plasma spraying

Method according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the target ( 26 ) is made of a ferromagnetic or ferrimagnetic material.

Method according to Claim 3, characterized in that the target ( 26 ) is selected from a material selected from Fe, Ni, Co, NiFe, FeSi and FeCo.

Method according to Claim 3, characterized in that the target ( 26 ) is made of an electrically highly conductive material, preferably copper.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that thermal spraying is carried out under oxidizing conditions.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that for the preparation of the target ( 26 ) an at least partially oxidized powder is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plunger ( 20 ) a circumferential groove ( 60 ) and the target as a circular closed Targetring in the circumferential groove ( 60 ) is introduced.

Actuator ( 14 ), in particular for actuating a camshaft-driven lift valve ( 12 ) an internal combustion engine ( 10 ), obtainable by the method according to one of the preceding claims, with an oscillating moving, with the lifting valve ( 12 ) coupled ram ( 20 ), characterized in that on the outer periphery of the plunger ( 20 ) at least one target ( 24 ) produced by thermal spraying and thereby directly on the plunger ( 20 ) is attached.

Actuator according to Claim 9, characterized in that close to the target ( 26 ) a sensor based on the induction principle or the measurement of magnetic fields ( 24 ), which determines the position, the velocity or the acceleration of the target ( 26 ) and thus the plunger ( 20 ) detected.

Actuator according to Claim 9 or 10, characterized in that the actuator ( 14 ) is an electromagnetic actuator and the plunger ( 20 ) forms the armature shaft, wherein the armature shaft a valve stem ( 22 ) drives.

Actuator according to one of Claims 9 to 11, characterized in that the target ( 26 ) in a circumferential groove ( 60 ) on the plunger ( 20 ) is recorded.

Actuator according to one of Claims 9 to 12, characterized in that the target ( 26 ) by flame spraying or plasma spraying on the plunger ( 20 ) is attached.

Actuator according to one of Claims 9 to 13, characterized in that the target ( 26 ) consists of a ferromagnetic or ferrimagnetic material.

Actuator according to Claim 14, characterized in that the target ( 26 ) is made of a material selected from the group consisting of Fe, Ni, Co, NiFe, FeSi and FeCo.

Actuator according to one of Claims 9 to 13, characterized in that the target ( 26 ) consists of an electrically highly conductive material, preferably copper.

Actuator according to one of Claims 9 to 13, characterized in that the target ( 26 ) consists of an at least partially oxidized metal powder.