CN103620708A - 电磁调节装置以及凸轮轴调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁调节装置(1)，尤其是用于汽车内燃机的凸轮轴调节设备的电磁调节装置(1)，其具有在末端形成作用区域的且可通过静止设置的线圈装置(29)的力移动的、长形延伸的，优选局部区段地具有圆柱体的包络轮廓的调节元件(2)，该调节元件贯穿周面设置的永磁体装置(6)中的凹处(8)，该永磁体装置(6)设计用于与静止的、包括铁芯体(15)的铁芯区域(5)共同作用，并且该调节元件在开关位置中以端面的调节元件侧的接触面(11)贴靠在铁芯区域侧的接触面(10)上：按本发明规定，铁芯区域侧的接触面(11)至少局部区段地由固定在铁芯体(15)中的接触元件(16)形成，该接触元件由具有比铁芯体(15)的材料硬度更高的材料构成。

Description

电磁调节装置以及凸轮轴调节装置
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的电磁调节装置以及一种带有按权利要求10所述的作为促动器的这种电磁调节装置的凸轮轴调节设备。
背景技术
在已知的用于调节凸轮轴的电磁调节装置中，存在这种问题，由于磁铁技术决定的、铁芯区域和衔铁的几何形状和尺寸，在无电状态下引起铁芯区域和衔铁的调节元件之间的附着力。该附着力通过位于调节单元中的、聚集在铁芯区域的接触面和调节元件之间的油增强。由此产生的附着力尤其在低温和负温度范围内(+10℃至-40℃)对电磁调节单元的开关时间产生不利的影响。汽车较长的停车时间也会导致附着力的增强。
为了减少前述的缺点，本申请人开发了一种改善的、记载在WO2008/014996A1中的用于调节汽车中凸轮轴的电磁调节装置。从该技术文献中已知，减小由润滑剂决定的、在调节元件和铁芯区域之间的附着力的方式是，在调节元件的端面中提供缝隙形的凹槽和/或切口，亦即，凹处。.
通过由本申请人建议的、减小调节元件和铁芯区域之间的接触面，导致铁芯区域的铁芯体明显更高的单位面积压力并因此更高的材料负荷。在此致力于，在减小附着力的同时改善调节装置的耐磨强度。优选同时要改善调节设备的效率。
从DE202007010814U1以及DE202009001187U1中已知电磁调节装置，该电磁调节装置包括调节元件，该调节元件在端侧形成作用区域并且贯穿周面布置的永磁体装置中的凹处。
从EP0428728A1中已知一种电磁调节装置，该电磁调节装置具有无永磁体装置的调节元件，其中，调节装置配有接触元件。
此外，现有技术中已知DE202007005133U1以及DE19900995A1。
发明内容
因此，基于前述的现有技术，本发明所要解决的技术问题是，提供一种改善的、附着力优化的电磁调节装置，该电磁调节装置具有提高的耐磨强度，并且优选较小的，亦即，结构空间优化的、静止的线圈装置就足够。此外，该技术问题在于，提供一种带有相应改善的电磁调节装置的凸轮轴调节设备。
该技术问题通过具有权利要求1特征的电磁调节装置和具有权利要求10特征的凸轮轴调节设备解决。本发明有利的扩展设计在各从属权利要求中给出。所有由至少两个在说明书、权利要求书和/或附图中公开的特征的组合都落入本发明的范围内。
从本发明中得知，耐磨强度通过铁芯区域合适的材料选择可以得以提高，其中，首先还存在这个问题，更硬的铁芯区域材料在一般情况下导磁性较差，这在铁芯体由硬化的材料构成时会导致极差的效率，乃至电磁调节装置的功能无法用。基于此困境，按本发明的结构方案或电磁调节装置的改善方案，其中铁芯区域不与现有技术一样是一体式的，而是由多部分构成的，并且具有优选导磁性好的铁芯体和固定在该铁芯体中的优选朝衔铁方向突出铁芯体接触元件，该接触元件具有相比铁芯体更高的硬度，优选以HRC测量。换句话说，本发明首先考虑在第一解决方式中铁芯区域不利的多构件结构并且可以由此惊人地实现很多优点。一方面，可以以比较简单的方式通过接触元件几何形状和尺寸相应的匹配影响在铁芯区域和调节元件之间的贴靠面或粘有润滑剂的接触面，而不必为此附加地匹配铁芯体的几何形状。同时，另一方面，虽然由于接触面减小以避免附着力而提高了单位面积压力，但提高了铁芯区域的耐磨强度，因为调节元件在开关位置中支承在相比铁芯体更硬的接触元件上。尤其是在将硬化的材料，尤其是硬化的钢，例如16MnCr5用作形成接触元件的材料时，磁力线的走向在局部区段地包围接触元件的铁芯体中有针对性地影响，尤其是在与接触元件相邻的，优选环形的区域中集成束，由此提高电磁调节装置的效率，由此又可以使用尺寸设计得更小的(结构优化的)线圈装置。
构造在优选以圆盘组的部分存在的永磁体装置或衔铁侧的极盘和铁芯体之间的空隙可以借助以预定超出高度超出铁芯体的优选压入的接触元件设定最大力(顶点)，亦即，空隙可以针对最大排斥力设定或优化，由此可实现最小的开关时间。
原则上可行的是，调节元件在前述的开关位置中除了固定在铁芯体中的接触元件外支承在铁芯体上，亦即，铁芯区域侧的接触面仅局部区段地或部分地由接触元件形成。但优选一种实施形式，其中，铁芯区域侧的接触面仅仅由接触元件形成，以便一方面实现尽可能小的接触面和因此尽可能小的附着力，另一方面整体上优化电磁调节装置、尤其是铁芯区域的耐磨强度。尤其优选的是，由接触元件形成的接触面就调节元件的纵向中轴线而言集中地布置。在此接触元件有利地突伸出铁芯体的朝向永磁体装置的极面。
原则上可行的是，接触元件由一种材料构成，这种材料使磁通受到与铁芯体的材料相同的或甚至更小的磁阻的阻碍作用。但优选的是，如开头所阐述，接触元件的磁导性差于包围该接触元件的铁芯体的磁导性，以便将磁场线有针对性地集束。借助优选压入的接触元件，也就是说实现磁场线的集束，该集束导致该磁场线有针对性地“偏转”为迎面相向于永磁体装置的磁场线。因此，可以实现排斥力的优化并因此实现最小的开关时间。
特别适宜的是，优选以HRC表示的接触元件的材料硬度是铁芯体材料的硬度的至少两倍，优选至少三倍，还进一步优选至少四倍。这可以通过使铁芯体由钢合金11SMn30构成和优选销钉形的接触元件由合金16MnCr5构成而实现。在该情况下，铁芯体的硬度大致为10HRC，接触元件的硬度为大致60HRC.
为了减小或优化在铁芯区域侧的接触面和调节元件侧的接触面之间的附着力，在本发明的扩展设计中规定，铁芯区域侧的接触面小于调节元件的相对于调节元件纵向尺寸径向地延伸的面积(横截面积)，尤其是小于靠近铁芯区域的、调节元件的端面(端面)和/或由永磁体装置包围的、调节元件的横截面积。尤其优选的是，优选仅由接触元件形成的、铁芯区域侧的接触面相当于调节元件的横截面积的仅最大70%，优选最大60%，进一步优选最大50%，还进一步优选最大40%。在此可以实现非常好的结果，当优选圆柱形的由接触元件形成的铁芯区域侧的接触面的直径在下列值范围内选择：2mm到8mm之间，优选在4mm到7mm之间，尤其优选选择为大致5.2mm。
为了精确地调节由接触元件定义的、在铁芯体到调节元件和/或永磁体装置和/或布置在永磁体装置上的极盘之间的空隙，在本发明的扩展设计中有利地规定，在接触元件上设置优选环形的、轴向的止挡面，通过该止挡面，固定在铁芯体中的接触元件轴向地支承在铁芯体上。在一种不带在接触元件上的轴向止挡面的实施形式中，空隙例如可以通过调节(因此可变的)接触元件轴向的压入深度而调节，其中，在该情况下应当确保接触元件和铁芯体之间的过盈配合选择为，使得即使在工作时，也可以避免接触元件轴向地移动到铁芯体中，并且避免在工作时随之引起的空隙减小。作为过盈配合的补偿或备选，接触元件可以通过铁芯体材料轴向的和/或径向的变形(压制)而固定在铁芯体上。
非常适宜的是，接触元件容纳在铁芯体的端面的孔中，并在此优选借助过盈配合固定。换句话说，接触元件在本发明的扩展设计中，引入铁芯体的孔中。
在此特别适宜的是，孔不仅设计成连续的圆柱孔(这可以备选)，而且还设计成具有至少一个环形台阶的阶梯孔，该环形台阶优选形成用于接触元件的轴向的止挡面的轴向配合止挡面。在此还进一步优选的是，在就调节元件而言后方或下方的孔段中实现过盈配合。优选在此实现大致2mm至4mm，优选3mm的轴向销钉挤压。
已表明特别适宜的是，由接触元件形成的接触面小于孔的最大孔径，也就是说在孔设计成阶梯孔的情况下，小于前方的孔径或小于环形的轴向止挡面的外径。由接触元件形成的接触面尤其优选相当于接触元件在压入区域内的横截面积。更尤其优选的是，接触元件的自由端部设计成凸球状的——换句话说，由接触元件提供的接触面的凸度是有利的，因为调节元件作为衔铁组件的部分在插入状态下通过根据凸度设定的径向优选位置在接触元件的边缘处更少卡住。
如开头已阐述，特别优选的是，接触元件沿轴向，亦即，朝调节元件的方向突伸出铁芯体。在本发明的扩展设计中，现在规定该轴向的超出高度选择为，使得在已给线圈绕组通电时造成铁芯体和永磁体装置之间的排斥力的最大力。若轴向的超出高度选择得过大，则导致在磁力作用时力损失——若轴向的超出高度选择得过小，意味着更大的附着力并因此在合成排斥力时力损失。优选在此轴向的超出高度选择为，使得合成的空隙导致最大排斥力+/-20%，优选+/-10%，还进一步优选+/-5%。
本发明涉及一种凸轮轴调节设备，其具有按本发明方案构造的、作为用于实现凸轮轴或其凸轮的调节运动的促动器的电磁调节装置。
附图说明
本发明的其他优点、特点和细节从优选实施例的下列说明中以及根据附图获得。附图中：
图1是按本发明方案设计的电磁调节装置的可能的实施形式的部分剖切的视图，其中，铁芯区域侧的接触面由固定在铁芯体中的接触元件形成，
图2是铁芯区域和衔铁构成的组合的可能的实施形式的细节图，
图3是通过插入导磁性差的接触元件示出优化的磁力线走向，
图4是可以形成用于设计空隙并因此设计接触元件超过铁芯体的轴向超出高度以确保最大斥力的图，以及
图5是具有凸球状的、接触元件侧的接触面的实施例的图。
具体实施方式
在附图中，相同的元件和带相同功能的元件以相同的附图标记标示。
图1示出用于其他未进一步示出的凸轮轴调节设备的电磁调节装置的实施形式。由铁芯区域和衔铁构成的组合可能的结构方案变型在图2和图3中示出。
未示出的凸轮轴借助连续地长形延伸的、螺栓形的调节元件2直接或间接地操作，该连续地长形延伸的、螺栓形的调节元件2除了之后还要阐述的永磁体装置6外是衔铁的组成部分。调节元件2在套筒形的支承元件3中沿轴向可调节地导引，该支承元件3同时承担磁轭的功能。电磁调节装置1在罐形的壳体4的内部具有本身已知的，在图1中未示出的线圈装置，该线圈装置配有磁性的铁芯区域5。借助线圈装置，可以让调节元件2与固定在其上的永磁体装置6一起沿轴向调节，其中，在调节元件2的远离铁芯区域5的端面上构造作用区域，以便与配合部分，尤其是凸轮轴共同作用。可选的是，作用区域也可以设置在周面。
如之前所示，给调节元件2配置永磁体装置6，该永磁体装置6在所示的按图1的实施例中，具有圆柱盘的形状。该圆柱盘设置在周面7上，亦即，在调节元件2的前方圆柱区段的周面。后者贯穿圆柱体的连续的永磁体装置6的中心凹处8。该凹处8例如通过熔焊材料结合地和/或形状配合式连接地固定在调节元件2上。永磁体装置6用于将调节元件2在线圈装置未通电时保持在所示的(在附图平面内左边的)开关位置中，在该位置中，调节元件2以端面9，更确切地说以构造在其上的调节元件侧的接触面10支承在彼此平行的、铁芯区域侧的接触面11上。通过给线圈装置通电，排斥永磁体装置6，并且调节元件2与该永磁体装置共同地向图面内的右方移动到第二开关位置中。
如图1可见，电磁调节装置1保持在仅局部示出的气缸体12中。在此，在支承元件3中形成用于液态润滑剂（此处是发动机机油）的流入通道和/或流出通道13。在气缸体12的内部，与流入和流出通道13径向错位地具有另一个用于润滑剂的通道14。
如在图1中所示并且例如根据图2和图3所阐述，铁芯区域5设计成多件式的并且包括由磁导性好的材料制成的铁芯体15，在该具体的实施例中，该磁导性好的材料是具有硬度为10HRC的钢合金11SMn30。在该铁芯体15中，形成铁芯区域侧的接触面11的接触元件16通过压入来固定，其中，接触元件16由此处为钢合金16MnCr5的材料构成，该材料具有比铁芯体15明显更大的硬度，此处为60HRC。
在图2中示出按优选的实施变型的、由具有长形延伸的调节元件2的衔铁17和铁芯区域5构成的组合。可见铁芯区域5能由多部分构成，在此可由两部分组成，该铁芯区域5包括具有固定在其中的接触元件16的铁芯体15，该接触元件16形成铁芯区域侧的接触面11，该接触面11在所示的开关位置中，亦即，贴靠于该调节元件侧的接触面10上，与相应较大的、调节元件侧的接触面10共同作用。
从图2中获得衔铁17的结构。在衔铁17的圆柱体的调节元件2(调节元件)上固定两个永久磁铁盘形式的永磁体装置6。永磁体装置6配有极盘18，该极盘18同样由调节元件2贯穿。极盘18定向为平行于铁芯体15的相应的、对置的极面19。在极盘18和极面19之间构造部分地或完全地以油填充的工作空隙20。该工作空隙20的宽度基本上由铁芯体15的极面19朝调节元件2的方向突伸出接触元件16的量限定。附加地，工作空隙20由极盘18的朝向极面19的环形极面和调节元件2的端面9之间的轴向距离确定。
如从图2中可知，设计成阶梯孔的孔21从端侧引入铁芯体15中，该孔21分成后方的圆柱体的直径减小的区段22(压入段)和前方的直径扩大的区段23，直径扩大的区段23的底部形成用于接触元件16的环形的轴向的止挡面25的配合止挡面24。在接触元件16和孔21之间本来的过盈配合(仅仅)在直径减小的区段22中实现，而直径扩大的区段23基本上仅用于形成配合止挡面24(亦即，径向间隙在此是可能的)。
为了形状配合式连接地在设计成阶梯孔的孔21中容纳接触元件16，按所示优选的实施变型的接触元件16具有下方的直径减小的圆柱段26和与之轴向邻接的直径扩大的圆柱段27，该直径扩大的圆柱段27借助圆周凸缘突伸出直径减小的圆柱段26，在该圆周凸缘上在远离调节元件2的一侧构造轴向的止挡面25。在所示的实施例中，在直径扩大的圆柱段27上邻接有圆柱体的接触面段28，该接触面段28在所示的实施例中具有相当于直径减小的区段26的直径的直径，但在需要时也可以与之不同。也可以考虑一种实施变型，其中，接触面段28由轴向延长的，直径扩大的圆柱段27形成。
同样可以实现的是，对于要省掉轴向的止挡面25的情况，接触元件构造为销钉形，例如圆柱体形状，其中，然后孔21优选部设计成阶梯孔，而设计成连续的圆柱形的孔。
若从图2可见，在所示的实施例中，铁芯区域侧的接触面11明显小于调节元件的端面9。在所示的实施例中，端面9的面积大小至少近似为调节元件2被永磁体装置6包围的横截面的面积大小。
在图3中存在例如在图1中所示的电磁调节装置备选的部分图示。可见铁芯体15，接触元件16固定在该铁芯体中，即如在按图2的实施例的情况固定在圆柱孔21中，该圆柱孔21提供用于接触元件的配合止挡面24。在按图3的实施例情况下，圆柱体的接触面段28的横截面积小于直径减小的圆柱段26的横截面积，该圆柱段26的横截面积又小于直径扩大的圆柱段27的横截面积，在该直径扩大的圆柱段27上形成用于与铁芯体15的配合止挡面24共同作用的轴向的止挡面25。
如从图3中进一步可知，铁芯体15由仅简略示出的线圈装置29包围，该线圈装置29用于产生局部以磁力线形式表示的磁场30。可见，具有其中容纳的接触元件16的孔21径向向外排挤磁场线并因此在铁芯体15的与接触元件16径向相邻的区域31内集成束，以便在该区域内强化铁芯体15和极盘18之间的磁力。
图4中的图表示出作用在衔铁组件上的排斥力与图2中所示的铁芯体15到极盘18(备选地直接是永磁体装置)之间的空隙20的宽度之间的关系。在此，竖轴线表示以牛顿为单位的排斥力，横轴线表示以毫米为单位的空隙宽度。排斥力是由磁性斥力和附着力构成的差。可见，在该实施例中，在空隙宽度为大致0.4时存在排斥力最大值。若该空隙选择为更小的值，附着力极度增大，因此虽然磁力上升，但排斥力下降。在另外一边，磁性的排斥力减小并因此合成的排斥力随着进一步增大的空隙宽度同样减小。因此，接触元件16的轴向地超出铁芯体15的超出高度在所示的实施例中优选选择为，使得合成的空隙在调节元件2贴靠于接触元件上的开关位置中具有至少接近0.4mm的宽度。
图5示出优选使用的铁芯区域5的实施例。可见设置在铁芯体15中的、沿轴向突伸出铁芯体15的接触元件16。此外，可见铁芯区域侧的接触面11设计成略微凸球状的，其中，确定凸度的半径优选相当于前方接触面段28的直径的多倍。
通过该凸度可以设定调节元件2在接触元件上的径向优选位置，由此可靠地防止在接触元件边缘处卡住。
附图标记列表
1电磁调节装置
2调节元件
3支承元件
4壳体
5铁芯区域
6永磁体装置
7周面
8凹处
9端面
10调节元件侧的接触面
11铁芯区域侧的接触面
12气缸体
13流入通道和/或流出通道
14通道
15铁芯体
16接触元件
17衔铁
18极盘
19极面
20工作空隙
21孔
22直径减小的区段
23直径扩大的区段
24配合止挡面
25轴向的止挡面
26直径减小的圆柱段
27直径扩大的圆柱段
28(前方的)接触面段
29线圈装置
30磁场(磁场线)
31区域

Claims (12)

1.一种电磁调节装置(1)，尤其是用于汽车内燃机的凸轮轴调节设备的电磁调节装置(1)，该电磁调节装置具有在末端形成作用区域的且能够通过静止设置的线圈装置(29)的力移动的、长形延伸的，优选局部区段地具有圆柱形包络轮廓的调节元件(2)，该调节元件(2)贯穿周面布置的永磁体装置(6)中的凹处(8)，该永磁体装置(6)设计用于与静止的、包括铁芯体(15)的铁芯区域(5)共同作用，并且所述调节元件(2)在开关位置中以端面的调节元件侧的接触面(10)贴靠在铁芯区域侧的接触面(11)上，
其特征在于，
所述铁芯区域侧的接触面(11)至少局部区段地由固定在所述铁芯体(15)内的接触元件(16)形成，所述接触元件(16)由具有比所述铁芯体(15)的材料更高硬度的材料构成。
2.按权利要求1所述的调节装置，
其特征在于，
所述铁芯区域侧的接触面(11)完全地由所述接触元件(16)形成。
3.按权利要求1或2所述的调节装置，
其特征在于，
所述接触元件(16)具有比所示铁芯体(15)更高的磁阻，以便所述磁通与所述接触元件(16)相邻地集中在尤其是横截面为环形的区域(31)内。
4.按前述权利要求之一所述的调节装置，其特征在于，
所述接触元件(16)的优选以HRC表示的材料硬度是所述铁芯体(15)的材料硬度的至少两倍，优选至少三倍，优选至少四倍。
5.按前述权利要求之一所述的调节装置，其特征在于，
所述铁芯区域侧的接触面积(11)小于所述调节元件(2)的横截面积，尤其是小于所述调节元件(2)的靠近所述铁芯区域(5)的端面和/或所述调节元件(2)的由所述永磁体装置(6)包围的横截面积，其中，所述铁芯区域侧的接触面(11)优选相当于所述调节元件(2)的由所述永磁体装置(6)包围的横截面积的仅最大70%，优选最大60%，尤其优选最大50%，进一步优选最大40%。
6.按前述权利要求之一所述的调节装置，其特征在于，
所述接触元件(16)以优选环形的止挡面轴向地支承在所述铁芯体(15)上。
7.按前述权利要求之一所述的调节装置，其特征在于，
所述接触元件(16)容纳在所述铁芯体(15)的端面的孔(21)中，优选在所述孔(21)中借助过盈配合保持和/或通过所述铁芯体(15)优选轴向的和/或径向的压紧固定在所述铁芯体(15)上。
8.按权利要求7所述的调节装置，
其特征在于，
所述孔(21)设计成阶梯孔并且所述孔(21)的阶梯形成为用于所述接触元件(16)的轴向配合止挡面(24)。
9.按权利要求7或8所述的调节装置，
其特征在于，
由所述接触元件(16)形成的接触面小于所述孔的最大孔径。
10.按前述权利要求之一所述的调节装置，
其特征在于，
所述接触元件(16)具有凸球状的连续的、形成所述调节元件侧的接触面(10)的端面(9)。
11.按前述权利要求之一所述的调节装置，
其特征在于，
所述接触元件(16)轴向地突伸出所述铁芯体(15)，使得在所述永磁体装置(6)和所述铁芯体(15)之间的合成空隙(20)的宽度为，使在已给所述线圈装置(29)通电时，在所述永磁体装置(6)和所述铁芯体(15)之间的排斥力至少接近最大值。
12.一种凸轮轴调节设备，其用于调节在带有按前述权利要求之一所述的电磁调节装置的内燃机中的凸轮轴。
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