CN107849971B - 用于废气涡轮增压器的控制装置的组件以及用于制造这种组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制装置的组件(1)，特别是用于废气涡轮增压器的控制装置的组件，该组件包括壳体部件(2)、轴(3)以及磁场传感器(5)，该轴通过与壳体部件(2)分开的轴承装置(4)可旋转地支撑在壳体部件上，该磁场传感器附接至壳体部件(2)，并且该磁场传感器与附接至轴(3)的用于联合旋转的磁性元件(6)相互作用，以便确定轴(3)相对于壳体部件(2)的旋转角度位置。

Description

用于废气涡轮增压器的控制装置的组件以及用于制造这种组 件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制装置的组件，特别是用于废气涡轮增压器的控制装置的组件以及一种具有这种组件的控制装置。本发明还涉及一种用于制造这种组件的方法。

背景技术

作为控制装置的一部分，可旋转的轴在车辆制造中以各种方式使用。例如，这种控制装置在废气涡轮增压器的可变涡轮几何结构或废气门阀中的使用是已知的。

一方面，轴在壳体上的机械稳定的可旋转轴承，另一方面，也尽可能精确地确定轴相对于静止壳体的当前旋转位置的可能性，在此是相当重要的。

在此背景下，EP1884636A1描述了一种具有可旋转轴的可变涡轮机几何结构，永磁体布置在该可变涡轮机几何结构的正面上。所述永磁体与评估元件一起形成旋转角度传感器。

DE102011120245A1涉及一种电动废气门致动器。致动器的旋转轴在此联接至安装空间的下部。在旋转轴的下端处安装磁体，该磁体与在安装空间的下部处布置的传感器联接。磁体和传感器形成传感器单元，用于确定旋转轴相对于安装空间的当前旋转角度。

发明内容

本发明的目的在于指出轴在壳体中的可旋转安装以及与之相关地确定轴相对于壳体的当前设定旋转角度的新方法。

因此，本发明的基本思想是，通过轴承装置将带有磁性元件的轴可旋转地安装在壳体部件上，并且将与磁性元件相互作用的磁场传感器附接至该壳体部件，使得轴相对于壳体部件的当前旋转角度位置可以通过磁场传感器确定。由于磁场传感器以固定的方式附接至壳体部件，并且磁性元件经由轴并且经由轴承装置相对于带有磁场传感器的壳体部件也布置在明确限定的位置中，所以，尽管结构组成比较简单，但所寻求的相对于壳体部件的旋转角度位置也可以以非常高的准确度确定。

因此，在此提出的组件提供了一种在壳体部件上可旋转支撑的轴，其允许精确地确定轴相对于壳体部件的旋转角度，而且生产成本却低。

根据本发明的用于控制装置的组件包括壳体部件和轴，该轴通过与壳体部件分开的轴承装置可旋转地支撑在壳体部件上。磁场传感器附接至壳体部件，该磁场传感器与附接至轴以用于联合旋转的磁性元件相互作用，以便确定轴相对于壳体部件的旋转角度位置。为此，磁场传感器检测由磁性元件产生的磁场的变化，该变化是由轴的旋转运动造成的。

在一种优选的实施方案中，轴承装置和磁场传感器附接至相同的壳体部件。以这种方式，与其中磁场传感器和轴承装置被布置在不同的壳体部件上的传统布置相比，轴相对于磁场传感器定位的精度可以显著提高。

在另一种优选的实施方案中，轴的面向磁场传感器的轴向端部可以通过轴承装置可旋转地安装在壳体部件上。该设置使得轴在壳体部件上安装在磁性元件的区域中，以便磁性元件可以精确地对准磁场传感器。

特别有利地，磁性元件可以布置在轴的面向磁场传感器的正面上。该设置使得在磁性元件与磁场传感器之间实现特别高的磁耦合。这又导致准确度的提高，借此可以确定轴相对于壳体部件的当前旋转角度位置。

由磁性元件产生的磁场可以通过磁场传感器特别精确地确定，该磁场传感器布置在壳体部件的壁部的内侧上并且与磁性元件具有一段距离。在该变型中，磁场传感器的横向对准横向于轴的轴向进行，使得轴的虚拟延伸直线与磁场传感器相交。

根据另一种优选的实施方案，轴承装置包括以套筒状方式构造的轴承元件，轴能够穿过该轴承元件插入。这简化了轴在轴承装置中的安装，而不会使与之有关的可实现的定位准确度不期望地降低。

制造成本优势可以在另一种优选的实施方案中实现，根据该实施方案，轴承装置恰好包括一个轴承元件，使得轴通过单个套筒状的轴承元件安装在壳体部件上。然而，使用两个或更多个轴承元件也是可以想到的，这些轴承元件在轴向上彼此具有一定距离地布置并且紧固至壳体部件。此外，设置紧固至附加壳体部件的另外的轴承元件也是可以想到的。

为了磁性元件与轴的永久稳定的紧固，在另一种优选的实施方式中提出，在轴的面向磁场传感器的正面上形成凹部，磁性元件至少部分地，优选地全部能够容纳在该凹部中或者容纳在该凹部中。

在另一种优选的实施方案中，轴承装置具有以罐状方式构造的轴承元件，该轴承元件封装磁性元件，因此部分地包围磁性元件。优选地，磁性元件可以容纳在凹部中。该构造保护磁性元件免受电击穿。

特别优选地，罐状轴承元件具有罐基座，该罐基座轴向地布置在磁性元件与磁场传感器之间。罐基座优选地在轴承元件上一体形成。该变型的生产特别简单。

在有利的进一步开发中，罐基座用磁性元件覆盖凹部。以这种方式，可以有效地保护磁场传感器免受电击穿以及与之有关的任何损坏或破坏。

在另一种优选的实施方案中，轴承装置包括轴承元件，该轴承元件在沿轴的旋转轴线的纵向截面中具有带有第一凹部和第二凹部的H形几何形状。两个凹部分别用于容纳磁性元件或磁场传感器。两个凹部沿通过旋转轴线限定的轴向方向彼此相对。轴与磁性元件可旋转地支撑在第一凹部中。磁场传感器容纳在第二凹部中。以这种方式，可以特别有效地保护磁场传感器免受电击穿以及与其有关的损坏甚至破坏。

特别有利地，轴承元件可以在壳体部件上安置在壁部的区域中，使得轴承元件包围布置在第二凹部中的磁场传感器。在该变型中，壳体部件承担轴承元件的轴向止挡件的功能。因此，后者(轴承元件)可以相对于壳体部件特别精确地定位。

特别优选地，壳体部件被构造成注塑成型部件。这允许以有利的价格由塑料制造壳体部件，组件的其他部件，尤其是优选地同样由塑料制造的轴承装置，和/或磁场传感器和/或磁性元件，可以通过压入紧固在壳体部件上。

因此，建议通过铸造或粘接或通过冲压连接或者通过焊接连接将磁场传感器固定至壳体部件是特别有利的。所有提到的紧固方法确保了永久紧固，同时实施成本低。

当轴承元件容纳在壳体部件的以与轴承装置互补的方式构造的壳体壁部中时，可以实现轴承装置的轴承元件与壳体部件的永久且特别稳定的紧固。

特别优选地，所述壳体壁部以具有环段状几何结构的环形连接板(web)的方式构造，轴承元件能够容纳在该连接板中。在这种状态下，容纳在以环段的方式构造的连接板中，轴承元件的外周表面可以平坦地贴靠在环形连接板的内周表面上。在这种场景下，套筒状轴承元件部分地由具有环段式几何结构的连接板封闭。

在另一种优选的实施方案中，磁场传感器布置在壳体部件上，使得相对于俯视图中沿旋转轴的轴向方向在壳体部件上的磁场传感器未被具有环段形几何结构的连接板覆盖。这有助于在壳体部件2上安装传感器，因为可以在将轴承元件插入壳体部件中之前放置和紧固传感器。

替代地，环段也可以被构造成闭合的。在这种情况下，在环段下方形成横向开口，磁场传感器可以穿过该横向开口放置并紧固在环段下方。这种开口可以例如在壳体部件的制造期间通过刮板式(drag-type)和/或横向滑动的注塑成型法来实现。

特别有利地，磁性元件与磁场传感器的轴向距离最大为20mm，优选地最大为5mm。替代地或附加地，轴承元件与磁场传感器的轴向距离最大为30mm，优选地最大为20mm。两种设置单独地或组合地促进磁性元件与磁场传感器具有小距离处精确定位。这导致了提高的精确度，借此可以确定轴相对于壳体部件所寻求的旋转角度。

特别优选地，轴承装置，尤其是轴承元件，可以通过压入紧固至壳体部件。这导致制造成本的进一步降低，因为省去了用于将轴承装置(尤其是轴承元件)紧固至壳体部件的复杂设置。

替代地，建议通过压入或者通过冲压连接或通过形状配合(特别是通过至少一个卡钩)将轴承装置(尤其是轴承元件)紧固至壳体部件。

本发明还涉及一种分别用于机动车的废气涡轮增压器的可变涡轮几何结构或废气门阀的控制装置，具有至少一个上面提出的组件。

本发明还涉及一种用于机动车的废气再循环系统的阀装置的控制装置，具有至少一个上面提出的组件。

本发明还涉及一种用于机动车的特别是新鲜空气系统的瓣阀的控制装置，具有至少一个上面提出的组件。

本发明还涉及一种用于制造组件的方法，特别是上面说明的组件。

在方法步骤a)中，设置壳体部件，在该壳体部件上设置用于容纳轴承元件的壳体壁部，该壳体壁部被构造为具有环段状几何结构的连接板。在另一方法步骤b)中，引导磁场传感器通过环段状连接板，因此穿过被连接板部分包围的通孔，并且随后被布置在壳体部件上。

在另一步骤c)中，优选地通过压入将轴承元件附接至壳体部件的壳体壁部。

因此，环段状几何结构的连接板允许在轴承元件附接至壳体部件之前安装磁场传感器。这有助于组件的组合。

在有利的进一步开发中，轴通过设置在轴承装置中的通孔与磁性元件部分地插入。这样做使得轴通过轴向端部可旋转地安装在壳体部件上，并且穿过轴承装置插入的磁场传感器与磁性元件相互作用，以确定轴相对于壳体部件的旋转角度位置。

在一种特别优选的实施方案中，根据本发明的方法在方法步骤a)之前包括步骤a0)，根据该步骤，将评估单元固定至壳体部件。在该变型中，评估单元因此在安装轴承装置之前预先安装在壳体部件上。因此，在将轴承装置和轴安装在壳体部件上之前，评估单元可以以操作者容易接近的方式电连接。

在一种优选的实施方式中，评估单元在壳体部件上的紧固通过在壳体部件周围优选地用塑料注射来进行。

在有利的进一步开发中，该方法在步骤b)或c)之后具有步骤x)，根据该步骤，将磁场传感器电连接至评估单元。

优选地，壳体部件通过塑料注射方法制造。这导致降低的制造成本，特别是因为组件的中心部件(诸如轴承装置或者磁场传感器)可以分别通过压入或者铸造、粘接，通过冲压或者通过焊接连接紧固至壳体部件。

本发明的其他重要特征和优点将从从属权利要求、附图以及借助于附图的相关联的附图描述显现。

应当理解，上述特征以及还将在下文中解释的特征不仅可以在所指出的各个组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

本发明的优选的示例性实施方案在附图中示出，并且在以下描述中进一步说明，其中相同的附图标记指示相同或相似或功能相同的部件。

分别示意性示出：

图1是根据本发明的组件的示例，

图2是组件在轴承装置的区域中的壳体部件，

图3是图1的示例的第一变型，

图4是图2的示例的第二变型。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的组件1的示例。该组件包括壳体部件2和轴3。轴3通过与壳体部件2分开的轴承装置4可旋转地安装在壳体部件2上。轴3可以以圆柱的方式构造，通过该圆柱的中心纵向轴线12限定了轴3的旋转轴线D。通过中心纵向轴线12还限定了轴3的轴向方向A。

轴承装置4和磁场传感器5分别固定地连接至相同的壳体部件2。优选地，壳体部件2由塑料构造成注塑成型部件。优选地，磁场传感器5通过铸造、粘接或者通过冲压连接或者通过焊接固定至壳体部件2。根据图1，轴3的可旋转安装是通过轴承装置4经由轴的面向磁场传感器5的轴向端部8进行的。为此，轴承装置4包括以套筒状方式构造的轴承元件13，在安装期间，轴3可以穿过该轴承元件插入。优选地，轴承装置4恰好包括一个这种轴承元件13，但是两个或更多个这种轴承元件也是可以想到的，这些轴承元件在轴向方向A上彼此具有一定距离地布置(在附图的示例中未示出)。此外，考虑使用塑料分别作为轴承装置4或轴承元件13的材料。然而，其他材料或轴承技术，诸如滚动轴承，也是可以想到的。

如图1所示，磁场传感器5固定地附接至壳体部件2，并且设置磁性元件6用于在轴3上的联合旋转。磁性元件6可以包括产生磁场的永磁体。磁性元件6布置在轴3的面向磁场传感器5的正面9上。磁性元件6和磁场传感器5一起形成旋转角度传感器7。

为了确定轴3相对于壳体部件2的旋转角度位置，磁场传感器5与磁性元件6相互作用。这样做使得磁场传感器5检测由磁性元件6产生的磁场的变化，该变化是由轴3相对于壳体部件2并且因此相对于磁场传感器5的旋转造成的。磁场传感器5可以被构造为例如霍尔传感器，其电连接至电子评估装置17。可以实现为例如集成电路(IC)的评估装置17评估由霍尔传感器产生的传感器数据并且将该传感器数据转换为电子信号，该电子信号可以由控制装置(未示出)进一步处理。电子评估装置17也可以固定至壳体部件2。

如图1的视图清楚地展示的，磁场传感器5优选地布置在壳体部件2的壁部120的内侧上并且与磁性元件6具有一段距离。磁场传感器5相对于磁性元件6布置，使得轴3的中心纵向轴线12的虚拟延伸直线11与磁场传感器5相交。以这种方式，可以在磁性元件6与磁场传感器5之间实现良好的磁耦合。在轴承元件13中的接收状态下，带有磁性元件6的轴3的正面9朝向磁场传感器5轴向地突出超过套筒状轴承元件13。在轴3的面向磁场传感器5的正面9上，形成凹部14，磁性元件6至少部分地容纳在该凹部中。以这种方式，磁性元件6可以以机械稳定的方式紧固至轴3。为此，磁性元件6可以被胶合到凹部14中。带有磁性元件6的轴3的正面9轴向地布置在磁场传感器5与带有轴承元件13的轴承装置4之间。

图2的视图示出了在轴承装置4的区域中的壳体部件2，但轴3没有穿过轴承元件13插入。可以看到，以套筒状方式构造的轴承元件13容纳在壳体部件2的壳体壁部15中，该壳体壁部以与轴承元件13互补的方式构造。所述壳体壁部15被构造为具有环段状几何结构的连接板16并且在外周侧上部分地包围套筒状轴承元件13。从图2可以看到，在俯视图中沿旋转轴3的轴向方向A在壳体部件2上的磁场传感器5未被以环段式方式构造的连接板16覆盖。当磁场传感器5在带有轴承元件13的轴承装置4插入壳体部件2中之前放置和紧固时，这种布置有助于在壁部10的区域中在壳体部件2上安装磁场传感器5。优选地，轴承元件13通过压入或通过冲压连接而分别紧固至壳体部件的壳体壁部15或连接板16。

为了磁场传感器5与磁性元件6彼此有效的磁耦合，沿虚拟延伸直线11测量的旋转角度传感器7的磁性元件6与磁场传感器5的轴向距离最大为20mm，优选地最大为5mm。类似地，也沿虚拟延伸直线11测量的轴承元件13与磁场传感器5的轴向距离最大为30mm，优选地最大为20mm。

上面已经解释的组件1的特征在于特别简单的制造和组装性，因为壳体部件2可以通过注塑成型方法以有利的成本由塑料制造成注塑成型部件。优选地同样由塑料制成的带有轴承元件13的支承装置4可以以简单的方式压入到这种注塑成型部件中。这特别适用于这样的情况，即，在这种情况下，如上所述，具有以与轴承元件13互补的方式构造的几何结构的壳体壁部15，作为注塑成型部件的一部分，在壳体部件2上可用于此。

为了轴承元件13的轴向定位，可以在壳体壁部15上形成用作轴向止挡件的径向台阶18(参见图1)。于此替代地，也可以想到为轴承元件13配备同样遵循轴向止挡件的工作原理的环(未示出)。

磁性元件6可以通过铸造、粘接或者通过压入或者通过冲压连接以机械稳定的方式简单地紧固在旋转轴3上。磁场传感器5同样可以通过铸造、粘接或通过冲压连接或者通过焊接连接以机械稳定的方式简单地紧固至壳体部件2。轴承装置4的压入也可以在附接待紧固至壳体部件2的磁场传感器5之前进行。于此替代地，轴承装置4或者轴承元件13也可以分别通过冲压连接或形状配合(例如通过卡钩)紧固至壳体部件2。

通过轴3穿过套筒状的轴承元件13的简单插入，轴3也可以以极其精确的方式相对于壳体部件2横向定位(因此横向于轴向方向A)。同时，在壳体部件2上产生了轴3的极其坚固且可旋转的轴承。因此，在此提出的组件1从而可以以简单的方式组合。由此带来组件1的相当大的成本优势。

下面解释根据图1的组件1的组合。在一个方法步骤中，设置壳体部件2，在壳体部件2上设置用于容纳轴承元件13的壳体壁部15，该壳体壁部被构造为具有环段状几何结构的连接板16。

在另外的方法步骤中，首先可以将评估单元17紧固至壳体部件2，通过该评估单元可以评估由磁场传感器5提供的传感器数据。该过程还可以包括评估单元17的电布线。评估单元17与壳体部件2的紧固可以通过在壳体部件2周围注入塑料来进行。

在另外的方法步骤中，引导磁场传感器5通过环段状连接板16，因此穿过由连接板部分地包围的通孔，并且随后布置在壳体部件2上。

在另外的方法步骤中，将轴承元件13附接至壳体部件2的壳体壁部15，并且优选地通过压入。优选地，壳体壁部15以与轴承元件13互补的方式构造。这有助于在壳体部件2上安装(尤其是压入)轴承元件13。因此，连接板16的环段式几何结构允许在轴承元件13附接至壳体部件2之前安装磁场传感器5。这有助于组件1的组合。

在另外的方法步骤中，可以将带有磁性元件6的轴3部分地引导穿过在轴承装置4中设置的通孔23。这样做使得轴3通过轴向端部8可旋转地安装在壳体部件2的轴承装置3上。以这种方式，被引导穿过轴承装置4的磁场传感器5可以与磁性元件6相互作用，以确定轴3相对于壳体部件2的旋转角度位置。

在另外的方法步骤中，磁场传感器5电连接/能够电连接至评估单元17。

图3示出了图1的示例的变型。在图3的示例中，组件1的轴承装置4包括以罐状方式构造的轴承元件13’，该轴承元件封装容纳在凹部14中的磁性元件。在此，罐状轴承元件13’具有罐基座19’，该罐基座轴向地布置在磁性元件6与磁场传感器5之间。罐基座19’优选地在轴承元件13’上一体形成。根据图3，罐基座19’用磁性元件6覆盖凹部13。

图4示出了图1的示例的另一种变型。图4示出了在沿轴3的旋转轴线D的纵向截面中的组件1。通过旋转轴线D限定轴向方向A。在图4的示例中，组件1的轴承装置4包括轴承元件13”，其在沿轴3的旋转轴线D的纵向截面中具有H形几何形状。轴承元件13”在纵向截面中具有在轴向方向A上彼此相对的第一凹部20’和第二凹部21’。如从图4可以看到，带有磁性元件6的轴3可旋转地安装在第一凹部20’中。磁场传感器5布置在第二凹部21’中。轴承元件13”在壳体部件2上安置在壁部10的区域中，使得其包围布置在第二凹部21’中的磁场传感器5。

Claims (15)

1.一种用于废气涡轮增压器的控制装置的组件(1)，

-具有壳体部件(2)，

-具有轴(3)，所述轴通过与所述壳体部件(2)分开的轴承装置(4)可旋转地支撑在所述壳体部件(2)上，

-具有磁场传感器(5)，所述磁场传感器附接至所述壳体部件(2)，并且所述磁场传感器与附接至所述轴(3)的用于联合旋转的磁性元件(6)相互作用，以便确定所述轴(3)相对于所述壳体部件(2)的旋转角度位置，

-其中，轴承元件(13)容纳在所述壳体部件(2)的壳体壁部(15)中，所述壳体壁部以与所述轴承元件(13)互补的方式构造，

其特征在于，

-在所述轴(3)的面向所述磁场传感器(5)的正面(9)上形成凹部(14)，所述磁性元件(6)至少部分地容纳在所述凹部中，

-所述壳体壁部(15)被构造为具有环段状几何结构的连接板(16)，所述连接板在外部部分地包围所述轴承元件(13)。

2.根据权利要求1所述的组件，

其特征在于，

所述轴承装置(4)和所述磁场传感器(5)附接至所述相同的壳体部件(2)。

3.根据权利要求1或2所述的组件，

其特征在于，

所述轴(3)的面向所述磁场传感器(5)的轴向端部(8)通过所述轴承装置(4)可旋转地安装在所述壳体部件(2)上。

4.根据权利要求1或2所述的组件，

其特征在于，

所述磁性元件(6)布置在所述轴(3)的面向所述磁场传感器(5)的正面(9)上。

5.根据权利要求1或2所述的组件，

其特征在于，

所述磁场传感器(5)布置在所述壳体部件(2)的壁部(10)的内侧上并且与所述磁性元件(6)具有一段距离，使得所述轴的虚拟延伸直线(11)与所述磁场传感器(5)相交。

6.根据权利要求1或2所述的组件，

其特征在于，

所述轴承装置(4)包括以套筒状方式构造的轴承元件(13)，所述轴(3)能够穿过所述轴承元件插入。

7.根据权利要求1或2所述的组件，

其特征在于，

所述轴承装置(4)包括以罐状方式构造的轴承元件(13’)，所述轴承元件封装容纳在所述凹部(14)中的所述磁性元件(6)。

8.根据权利要求7所述的组件，

其特征在于，

所述罐状轴承元件(13’)具有罐基座(19’)，所述罐基座轴向地布置在所述磁性元件(6)与所述磁场传感器(5)之间。

9.根据权利要求8所述的组件，

其特征在于，

所述罐基座(19’)用所述磁性元件(6)覆盖所述凹部(14)。

10.根据权利要求1或2所述的组件，

其特征在于，

所述轴承装置包括轴承元件，所述轴承元件在沿所述轴的旋转轴线的纵向截面中具有带有第一凹部和第二凹部的H形几何形状，所述第一凹部和所述第二凹部在通过所述旋转轴线限定的轴向方向上彼此相对，其中，带有所述磁性元件的轴可旋转地安装在所述第一凹部中，并且其中，所述磁场传感器布置在所述第二凹部中。

11.根据权利要求10所述的组件，

其特征在于，

所述轴承元件在所述壳体部件(2)上安置在所述壁部(10)的区域中，使得所述轴承元件包围布置在所述第二凹部中的所述磁场传感器。

12.根据权利要求11所述的组件，

其特征在于，

在俯视图中沿所述旋转轴(3)的轴向方向(A)在所述壳体部件(2)上的所述磁场传感器(5)未被具有环段形几何结构的所述连接板(16)覆盖。

13.一种分别用于机动车的废气涡轮增压器的可变涡轮几何结构或废气门阀的控制装置，具有至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的组件(1)。

14.一种用于机动车的废气再循环系统的阀装置的控制装置，具有至少一个根据权利要求1至12中的任一项所述的组件(1)。

15.一种用于机动车的新鲜空气系统的瓣阀的控制装置，具有至少一个根据权利要求1至12中的任一项所述的组件(1)。