CN105830179B - 电磁调节设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁调节设备，具有通过对固定的线圈器件通电能够沿着轴向的运动方向、以衔铁行程被驱动的衔铁单元(10)；配属于衔铁单元的、在端侧用于与外部的调节配对件共同作用的杆件(16)，并且杆件(16)能够以杆行程从起始位置沿着运动方向运动到作用位置；和沿运动方向预紧杆件的弹簧件(22)，其中，相对于衔铁单元能够运动的杆件在外壳一侧具有斜坡部段和/或圆锥部段(28)，其位于具有较大直径的衔铁一侧的杆部段(26)和具有较小直径的杆部段(30)之间，在预紧情况下包含在导引杆件的壳体部段(18)中的压力体(32)在外壳一侧与斜坡部段或圆锥部段共同作用，并且斜坡部段或圆锥部段设置在杆件上，使得压力体在线圈单元未通电时和/或在未驱动衔铁单元时通过外壳一侧的作用在斜坡部段或圆锥部段上的力，使杆件反作用于弹簧件的预紧力朝向起始位置往回导引、尤其往回导引至起始位置，其中，衔铁行程小于杆行程。

Description

电磁调节设备
本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的电磁调节设备。此外，本发明涉及具有这种电磁调节设备的凸轮轴调节系统，以及作为电磁调节设备的优选应用的内燃机的凸轮轴调节设备。
由现有技术已知这样的电磁调节设备；例如DE 201 14 466 U1的申请人描述了这种用于凸轮轴调节的调节设备的结构性构造。在此，在对固定的线圈单元通电时可以驱动相对于线圈单元以及固定的芯单元能够运动的衔铁单元。设在衔铁单元上的、纵向延伸的和端侧用于作用在调节设备的凸轮轴调整槽内的杆单元通过衔铁单元而被带到作用位置上，并且在该位置上导致希望的凸轮轴调节。作为杆件的调节配对件的调整槽随后还会负责杆单元的(至少部分)轴向复位，即由此使得升高的槽底感应复位运动。
在所述的现有技术的生产实际中，除了可靠性、运行安全的大批量生产能力外尤其还会要求衔铁运动或杆运动的动态性和调节力。所以重要的是，在相对较短的(通过预定的调节配对件)时间间隔内杆从起始位置能够到达作用位置，这要求较高的磁力(一方面，在克服在芯区域上衔铁单元的永磁性固持力的情况下，另一方面用来实现较高的衔铁加速)。为此会出现这种情形，在所述的现有技术中，推动力(由此形成作用在衔铁单元上的加速力)和用于将衔铁单元导回的回复力必须在全部的有效的工作行程上起作用；但是，长行程、尤其还有较大的加速质量会导致构件的较高的机械负载，重新根据原始的结构组件的设计得到结果。该结果在用于大批量生产的调节设备时是会导致不希望的、较高的生产成本。最后，补充地还要考虑老化效应和热效应、尤其在衔铁侧的通常设置的永磁体中。这会在精确的设计方案中要求补充的设计备案。
由DE 10 2012 101 619 A1已知一种电磁调节设备，它在径向侧面具有作用在衔铁杆上的定位器件。这种定位器件能够实现，提高衔铁运动和杆运动的动态性，方法是，在超过预定的调节力之后才释放定位器件并且因此在较短的调节时间内实现调节运动。当然，在这种设计中也存在上述缺点，原则上调节力必须在组合的衔铁单元和杆单元的全部有效调节行程上作用，相反于整个行程的回复调节也是同样的。相应的，原则上这会同样地提高(由于上述原因)尺寸要求，如通常的、同领域内的现有技术一样。
因此，本发明所要解决的技术问题是，在杆件的更好的(尤其加速和相对的)调节特性下降低对衔铁单元的磁力和磁性行程的要求，因此，同类型的电磁调节设备的结构尺寸(不仅在径向上、而且可能还在轴向上)被降低，并且因此提供一种设备，它成本低廉地将动态性与杆件的相对较长的有效工作行程相结合。
所述技术问题通过具有主权利要求的特征的电磁调节设备所解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中被阐述。在本发明的范围内附加的保护主题是根据本发明的电磁调节设备在凸轮轴调节系统中的应用，其中，内燃机的凸轮轴调整单元通过根据本发明的杆件提供作为调节配对件的用于嵌入的调整槽。
在根据本发明的有利的方式中，与现有技术相对的，衔铁单元能够相对于杆件运动，从而衔铁单元虽然(优选沿着它的衔铁行程)能够驱动杆件并且携带它一起运动，但是相对于衔铁单元能够运动的杆件能够附加地进行通过根据本发明的弹簧件所引起的杆行程，该杆行程根据本发明大于衔铁行程。根据本发明，由衔铁单元和杆件组成的轴向联接的布置与外壳一侧作用在杆件上的以根据本发明的压力体形式的力承载器件共同作用，该压力体不仅能够与在杆件上的斜坡部段或圆锥部段、而且能够与具有较大或较小直径的、分别相邻于斜坡部段或圆锥部段的杆部段共同作用。准确地说，如此设计这种布置并且如此定尺寸，使得衔铁单元通过它的衔铁运动在进行衔铁行程时携带杆件沿着运动方向一起运动，其中，相对于(至少一个、优选多个径向分配设置的)压力体的作用力影响，杆件如此远地移动，直至克服圆锥体或斜坡体(关于压力体)。随后，通过根据本发明的弹簧件的膨胀(其中，该弹簧件已经支持在衔铁行程上的衔铁运动)形成进一步的进给。在这种结果中，组合的调节效果、不仅衔铁器件、还有弹簧件在杆件上会导致有效的杆行程，该杆行程大于本来的衔铁行程；在本发明的实际设计方案中，该杆行程至少是本来的衔铁行程的1.5倍，优选至少是2.5倍。
有利的结果是，根据本发明的调节设备能够相对于可实现的调节行程定义明显较低的衔铁行程(具有相应的机械学和结构体积优点)。
根据本发明的斜坡部段或圆锥部段同样有利地在调节设备或杆件的复位运动时在起始位置起作用。因此，当杆件从作用位置(例如通过在优选应用方式“凸轮轴调节”作用在调整槽中)相对于运动方向如此远地复位，直到压力体(轴向地)到达斜坡部段或圆锥部段。在这个时刻，随后在斜坡部段或圆锥部段上的外壳一侧的力效果会导致杆件沿着朝向起始位置的方向进一步的复位或受到力负载，而不必要求(相对于调节配对件)复位行程与调节配对件进一步接触、或者以其它方式被外部驱动。此外，对于复位运动也是有利的效果，即衔铁单元本身必须具有比杆行程更短的衔铁行程。
在本发明的优选的改进方案的范围内，优选地将压力体设计为不规则构造的压力体的球体或球形部段，除此之外还可以考虑其它的变形方案；进一步有利地是，通过优选径向于运动方向指向的压力弹簧的预紧力来进一步优选预紧压力体，并且在圆周上布置杆件，从而能够通过压力体实现对杆运动允许的影响。
如果预紧压力体的(压力)弹簧的弹簧力向量具有径向分量，则弹簧的准确布置是任意的、并且能够根据实际情况在壳体周围布置；这还适用于弹簧的准备设计。
在本发明的准备的和优选的结构设计中，斜坡部段或圆锥部段的几何设计是十分重要的；在实际中，优选这样制造，设置斜坡部段或圆锥部段的延伸段，使得该延伸段大于压力体的(最大)轴向延伸段，该(最大)轴向延伸段大约就是球体直径。在改进方案中有利的是，斜坡部段或圆锥部段的轴向延伸在衔铁行程方面这样设计，使得通过沿着衔铁行程的衔铁运动能够克服沿着斜坡部段或圆锥部段的压力体的轴向行程的大部分，其中，出于这个目的，斜坡部段或圆锥部段优选例如与衔铁行程相对应，根据本发明的改进方案等于衔铁行程的50％至150％，优选80％至120％。
同样地，在本发明的改进方案的保护范围中，斜坡部段或圆锥部段的倾斜角(例如在纵截面中相对于运动纵轴线测量所得)在20°至60°、优选在30°至50°的区间内。
在结构上特别有利的方式中，根据改进方案设置，弹簧件、进一步优选实现为压力弹簧和/或螺旋弹簧设置在径向对称设计的杆件的(空心圆柱形的)内部区域内；出于这个目的，杆件能够例如具有空心圆柱形的内部空间和/或内部的环形凸起。另一端，弹簧件例如能够支撑在导引杆件的壳体的部段上，因而弹簧件根据本发明的、有利的能够有利于杆单元的加速，其中，根据改进方案，衔铁单元根据之前所述的方式和以其它已知的方式能够具有永磁体，但是备选地以其它方式能够相对于固定的芯单元被电磁地操作。
在本发明的改进方案中特别优选地是，单态稳定地设计衔铁单元(或衔铁单元的在调节设备的范围中作用的电磁驱动装置，即只将衔铁起始位置设置为唯一稳定的端部位置，其中，在线圈器件通电时虽然衔铁单元随后绕着衔铁运动，但是在通电结束后衔铁单元返回到衔铁起始位置中。在与杆件的共同作用中这种结构设计由此是有利的，即衔铁单元在开始驱动杆件之后并不支持杆件的进一步进给(杆件更准确地说被弹簧件容纳)，同时在返回时、尤其还通过在压力体和斜坡部段或圆锥部段之间的共同作用不需要额外地返回到起始位置或与衔铁单元一起回到起始位置。
在结果中，通过本发明，提供一种设备，该设备明显地延长了现存的、同样的调节设备的有效行程长度，而不要求同样大小或体积的磁铁装置。相应地，对于优选的应用方式“凸轮轴调节”尤其也是有利的，尤其是在制造成本方面和节省必需的构造空间方面。但是，本发明并不局限于这种应用方式，而是还适用于任意的其它调整方式，其中，利用限定的电磁器件能够实现较长的调节行程。
本发明的其它优点、特征和细节由下面对优选实施例的说明以及结合附图而给出；在附图为：
图1示出根据本发明的第一优选实施方式的电磁调节设备的示意性纵向剖面图，沿着竖向的对称轴线和运动轴线相对于作为作用对的凸轮轴-操纵滑槽分为返回的起始位置(右侧)和作用状态(左侧)。
在图1的纵向剖切示意图中，附图标记10示出衔铁单元，其具有纵向延伸的衔铁杆12以及相对拓宽的衔铁体14。通过能通电的(未示出)线圈器件，衔铁单元10以已知的方式能够相对于固定的芯单元(未示出)、在衔铁-初始位置(图1右侧)和衔铁进给位置(图1左半)之间运动。在实际生产中，在杆件的有效行程在大约4mm的情况下，通常的衔铁行程在1至1.5mm之间。
如图1示意性地进一步所示，衔铁杆部段12在内部作用在杆单元(杆件)16上，该杆单元能够被导入环绕的杆壳体18内。如图1的纵向剖面图所示，在朝向衔铁单元10的方向上杆单元16在底部被开口，用于容纳衔铁杆部段12；该衔铁杆部段的尺寸被如此定义，使得它在衔铁初始位置上(图1右半)与杆保持(较小的)间距、并且在进给时才沿着运动方向(在图1的附图平面中向下)携带杆16一起运动。
附加地示出在杆单元16的底部或环形凸起20上作用的螺旋弹簧22，该螺旋弹簧在另一端上被杆壳体18的环形底部24支承。在图1的右半部中，因为根据杆件16的结构设计，螺旋弹簧22被相应地压缩并且通过沿着向下指向的运动方向在杆单元16上施加最大的预紧力。
杆单元16在朝向衔铁单元10的方向上配备具有较大外径的杆部段26；该(较大的)外径通过圆锥部段28缩窄为在作用侧前部的杆部段30中减小的外径。如纵截面图所示，圆锥部段28在与竖向运动围成大约25°角的情况下延伸大约1.2mm的轴向长度。因为圆锥部段28的轴向延伸(轴向长度)与衔铁行程相一致，所以它也与在杆单元的作用端34和在非作用状态下的调节配对件之间的(间隙相关)间距相一致。
如图1附加地所示，以环绕杆单元16的圆周分布的球体形状的压力体32作用在杆单元的外表面上；该球体32被自身的、水平延伸的(并因此是相对于运动纵轴线的径向)压力弹簧33预紧。
在作用侧、即反向于衔铁单元10，杆单元16构成作用部段(作用端)34，它的尺寸被如此定义，使得与凸轮轴调节系统的示例性显示为调节配对件的操纵滑槽38的操纵凹槽36共同作用；双向箭头40表示在所示实施例中槽深度大约是3.7mm，它可被杆行程(在此大约4mm)覆盖。
在图1中所示的设备如下这样运行：
从衔铁单元(图1的右半)的起始位置开始，首先通过对线圈器件通电使得衔铁单元(由衔铁体14和直接且固定地安置的、备选为(永)磁性粘附的衔铁杆12构成)沿着运动方向、即在图1中向下运动；衔铁行程大约在1至1.5mm之间的范围内。在到达杆单元16的底座20时，杆单元沿着运动方向随着一起运动；同时，圆锥部段28在朝向向下沿着水平的、固定的球形的压力体32的方向上移动至它贴靠在杆单元的(上部)圆柱形的外壳部段26上。在被挤压的压力弹簧22已经支持衔铁运动时并且只要附加的、向下的调节力作用在杆单元16上，一旦衔铁单元达到在壳体18上的止挡状态，则压力弹簧22完全地承受杆单元16的进一步的向下进给；在弹簧22进一步向下导引杆单元时，衔铁杆部段12与杆单元10相分离。
图1的左侧区域示出衔铁杆16完全从壳体18中推出的状态。杆单元16具有大约4mm的全行程，并且在这种状态下嵌入调节配对件38的槽36中。在构件组38旋转时以已知的方式进行凸轮轴调节。
调整槽36还沿着第一复位行程部段促使杆16复位；减小的槽深度(在滑槽38旋转时)如此精确地导致杆单元16沿着复位方向(即在图1的附图面中向上)移动。所示的设备在此这样定义尺寸，使得这种沿着第一复位行程的复位如此轴向地进行，直至作用在圆柱形的外壳面26上的球体32到达圆锥部段(作用为斜坡)28的起点。在此时刻，作为压力体的球体32的径向力作用会导致，沿着圆锥表面朝向起始位置进行复位运动，其中，圆锥体确定在槽的第一复位行程之后进行第二复位行程，直至到达在图1右侧所示的起始位置。因为衔铁单元10以之前所述的方式单态稳定地设计，所以杆单元16在复位过程中不必附加地随着衔铁单元10一起复位(例如通过部段12的携带)，更确切地说，在通电结束之后在已经导出了杆16的情况下，衔铁单元10返回到它的单态稳定的端部位置(图1右侧)。备选地，双稳定的设计方案、例如借助实现永磁性的衔铁体14是有意义的，尤其还考虑到可由此进行的(磁场检测)位置检测、运动检测和/或复位检测。

Claims (15)

1.一种电磁调节设备，具有
通过对固定的线圈器件通电能够沿着轴向的运动方向、以衔铁行程被驱动的衔铁单元(10)，
配属于衔铁单元的、在端侧用于与外部的调节配对件共同作用的杆件(16)，并且所述杆件(16)能够以杆行程从起始位置沿着运动方向运动到作用位置，和
沿运动方向预紧所述杆件的弹簧件(22)，
其特征在于，
相对于所述衔铁单元能够运动的所述杆件在外壳一侧具有斜坡部段和/或圆锥部段(28)，所述斜坡部段和/或圆锥部段(28)位于具有较大直径的衔铁一侧的杆部段(26)和具有较小直径的杆部段(30)之间，
在预紧情况下包含在导引所述杆件的壳体部段(18)中的压力体(32)在外壳一侧与所述斜坡部段或圆锥部段共同作用，并且
所述斜坡部段或圆锥部段设置在所述杆件上，使得所述压力体在线圈单元未通电时和/或在未驱动衔铁单元时通过外壳一侧的作用在所述斜坡部段或圆锥部段上的力，使所述杆件反作用于弹簧件的预紧力朝向起始位置往回导引，
其中，衔铁行程小于杆行程。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述斜坡部段或圆锥部段设置在所述杆件上，使得所述压力体在线圈单元未通电时和/或在未驱动衔铁单元时通过外壳一侧的作用在所述斜坡部段或圆锥部段上的力，使所述杆件反作用于弹簧件的预紧力朝向起始位置往回导引至起始位置。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压力体设计为具有球形部段的部件，并且以围绕所述杆件的圆周分布的多个压力体的形式设置。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述压力体设计为球体。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述斜坡部段和/或圆锥部段(28)具有沿轴向的运动方向的延伸段，所述延伸段大于压力体的直径或轴向延伸段，和/或等于衔铁行程的50％至150％。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述斜坡部段和/或圆锥部段(28)在纵向截面中相对于运动方向的纵轴线倾斜一个角度，该角度在20°至60°之间。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，杆行程等于衔铁行程的至少1.5倍。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，围绕运动方向的运动纵轴线径向对称地设计的杆件(16)具有位于内部的、用于容纳设计为螺旋弹簧的弹簧件的扩展部，和/或内部的凸起，所述凸起提供了用于所述弹簧件的止挡部(20)。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述凸起是环形凸起。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，设计为压力弹簧和/或螺旋弹簧的弹簧件在一端支承在所述杆件(16)上，在另一端支承在导引所述杆件的壳体的部段上。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，单态稳定地设计衔铁单元，使得在向衔铁单元通电结束后所述衔铁单元返回到衔铁起始位置。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，确定所述衔铁单元的尺寸并布置所述衔铁单元，使得在衔铁起始位置上不存在与所述杆件的机械接触。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，设计用于与作为调节配对件的调整槽(36)共同作用的所述杆件，使得所述调整槽的位置变化和/或深度变化能够促使所述杆件沿着相反于运动方向的复位方向运动。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述衔铁单元具有永磁体，其设计用于与用于测取衔铁单元的位置、运动和/或复位的器件共同作用。
15.一种凸轮轴调节系统，具有根据权利要求1至14中任一项所述的电磁调节设备以及作为调节配对件的调整槽(36)，所述调整槽(36)通过内燃机的与杆件配合的凸轮轴调整单元(38)施加作用，
其中，设计所述调整槽和杆件并且使它们轴向相互定向，使得所述调整槽能够在所述杆件上相反于运动方向实施第一复位行程，并且第一复位行程能够使压力体在斜坡部段和/或圆锥部段上运动，以便通过在外壳一侧的力的作用促使发生轴向平衡的、接下来的第二复位行程。
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