DE102016123827A1

DE102016123827A1 - Zentralaktuator für ein Magnetventil eines Schwenkmotorverstellers

Info

Publication number: DE102016123827A1
Application number: DE102016123827.9A
Authority: DE
Inventors: Erik Gruber
Original assignee: Eco Holding 1 GmbH
Current assignee: Eco Holding 1 GmbH
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zentralaktuator für ein Magnetventil eines Schwenkmotorverstellers, umfassend ein Gehäuse (16), das den Zentralaktuator (10) umschließt, ein Polrohr (12) und einen Polkern (46), welche innerhalb mindestens einer ein Magnetfeld erzeugenden Spule (14) angeordnet sind, sowie einen Betätigungsstößel (38) der an einem Anker (40) des Zentralaktuators (10) angeordnet ist, wobei der Anker in einem vom Polrohr (12) und Polkern (46) gebildeten Ankerraum (42) in axialer Richtung (L) verschiebbar ausgebildet ist.Erfindungsgemäß ist der Betätigungsstößel (38) in Form eines Tiefziehbauteils ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zentralaktuator, insbesondere für ein Magnetventil eines Schwenkmotorverstellers für eine Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zentralaktuatoren, insbesondere für Magnetventile von Schwenkmotorversteller sind bekannt. Schwenkmotorversteller dienen einer Verstellung von Nockenwellen von Verbrennungskraftmaschinen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 049 663 A1 ist ein Elektromagnet mit einem zylinderförmigen hohlen Magnetkörper bekannt, der ein Joch, einen Polkern mit einem kennlinienbeeinflussenden Ankergegenstück und ein Gehäuse aufweist, sowie eine zylindrische Spule und einen zylindrischen Anker mit Führungsstange und Ankerkolben, der zum Pol verschieblich angeordnet ist.
Zur Verschiebung eines Kolben des Magnetventils besitzt der Zentralaktuator eine Kugel aufweisenden Betätigungsstößel, wobei die Kugel dem Magnetventil zugewandt am Betätigungsstößel angebracht ist. Bei der Herstellung ist insbesondere auf eine Sicherstellung einer Verbördelung der Kugel zu achten, damit diese sich nicht vom Betätigungsstößel löst. Insbesondere ist beim Zusammenbau einer möglichen Abplattung der Kugel Rechnung zu tragen, ebenso wie der Möglichkeit des Herausfallens der Kugel. Die Verbördelung an sich selbst stellt ebenfalls eine technische Herausforderung dar.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Zentralaktuator für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle bereitzustellen, welcher sich auf kostengünstige und einfache Weise herstellen lässt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zentralaktuator für einen Schwenkmotorversteller einer Nockenwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Zentralaktuator für ein Magnetventil eines Schwenkmotorverstellers umfasst ein Gehäuse, das den Zentralaktuator umschließt, ein Polrohr und einen Polkern, welche innerhalb mindestens einer ein Magnetfeld erzeugenden Spule angeordnet sind, sowie einen Betätigungsstößel der an einem Anker des Zentralaktuators angeordnet ist, wobei der Anker in einem vom Polrohr und Polkern gebildeten Ankerraum in axialer Richtung verschiebbar ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist der Betätigungsstößel in Form eines Tiefziehbauteils ausgebildet.
Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere in einer Kostenreduzierung der Herstellungskosten des Zentralaktuators zu sehen. Da im Vergleich zum Stand der Technik anstelle des bewegungsinitiierenden, zweiteilig ausgebildeten Bauteils ein einteilig ausgebildetes Bauteil eingesetzt wird, ergibt sich neben einem Wegfall des zweiten Bauteils in Form der Kugel, eine Reduzierung von Montageschritten, insbesondere einer aufwendigen Handhabung der Kugel, sowie eine Reduzierung von Prüfschritten.
Insbesondere eine zumindest teilweise Nitrierung des Betätigungsstößels führt zu einer verschleißfesten Kontaktfläche zwischen dem Betätigungsstößel und dem Magnetventil, so dass der Verschleiß wesentlich reduziert ist.
Vorteilhaft ist der Betätigungsstößel verliersicher in einer abgesetzten Bohrung aufgenommen, derart, dass eine Bewegung im Anker verhindert ist.
Des Weiteren besitzt der erfindungsgemäße Zentralaktuator infolge seiner erfindungsgemäßen Ausgestaltung Notlaufeigenschaften bei Ausfall oder minderer Schmierung durch eine Durchtrittsöffnung, welche quer zu seiner Längsachse ausgestaltet ist.
Weitere Vorteile sind in einem integrierten Volumenausgleich und Druckausgleich sowie einer gesteigerten Dynamik durch eine Reduzierung der bewegten Masse zu sehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Es zeigen:

1 in einem Längsschnitt einen Zentralaktuator gemäß dem Stand der Technik, und
2 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Zentralaktuator.

1 zeigt in einem Längsschnitt einen Zentralaktuator 10, welcher gemäß dem Stand der Technik ausgebildet ist. Der Zentralaktuator 10, der insbesondere für ein Magnetventil eines Schwenkmotornockenwellenverstellers geeignet ist, umfasst dabei ein Polrohr 12, das innerhalb einer zylinderförmig ausgebildeten, ein Magnetfeld erzeugenden Spule 14 angeordnet ist, sowie ein Gehäuse 16, welches den Zentralaktuator 10 umschließt. Das Gehäuse 16 ist mit einem Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt, so dass es in kostengünstiger Weise möglich ist das Gehäuse 16 zu fertigen und gleichzeitig verschiedenen Komponenten eines Poljochs 18 beim Spritzgussverfahren einzulegen, die den geschlossenen Magnetfluss gewährleisten.
Weiter umfasst der Zentralaktuator 10 ein Abschlusselement 20, welches eine erste Aufnahmeöffnung 22 des Gehäuses 16 abschließt, wobei das Abschlusselement 20 einen Polkerneinsatz 24 mit einer zentralen zweiten Aufnahmeöffnung 26 und eine in der zweiten Aufnahmeöffnung 26 des Polkerneinsatzes 24 angeordnete Lagerbuchse 28 umfasst. Ferner umfasst es einen Abschlussdeckel 30 und ist als vormontierbare Einheit vorgesehen.
Der Abschlussdeckel 30 ist beispielsweise mittels Ultraschallnieten an dem Gehäuse 16 befestigt vorgesehen. Dafür weist das Gehäuse 16 eine Ultraschallgeometrie in Form von mehreren Vorsprünge 32 auf, welche durch Bohrungen 34 des Abschlussdeckels 30 hindurchragen. Die Vorsprünge 32 werden durch das Ultraschallnieten schmelzverformt, so dass der Abschlussdeckel 30 sicher an dem Gehäuse 16 befestigt ist.
Der Abschlussdeckel 30 besitzt eine Zentralöffnung 36, in welcher die Lagerbuchse 28 angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise ist dabei die Lagerbuchse 28 mit einem Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt und der Abschlussdeckel 30 und der Polkerneinsatz 24 sind als Einlegeteile vorgesehen, welche bei der Herstellung der Lagerbuchse 28 in das Spritzwerkzeug eingelegt und im Bereich ihrer Aufnahmeöffnungen 22, 26 von dem Werkstoff der Lagerbuchse 28 umspritzt werden. Dadurch ist eine dauerhafte Abdichtung der Lagerbuchse 28 gegen den Polkerneinsatz 24 und den Abschlussdeckel 30 gegeben.
Ein Betätigungsstößel 38 ist an einem Anker 40 angeordnet, welcher innerhalb eines Ankerraums 42 in axialer Richtung entlang einer Längsachse 68 des Zentralaktuators 10 verschiebbar ausgeführt ist, während der Anker 40 in einer nichtmagnetischen Hülse 44 gelagert ist. Diese ist in dem Polrohr 12 und einem Polkern 46 gelagert. Wie ersichtlich erstreckt sich die Hülse 44 bis zu einem von dem Abschlussdeckel 30 verschlossenen Ende des Ankerraumes 42 und weist einen auf den gesamten vom Anker 40 überfahrenden Arbeitsbereich durchgehenden Innendurchmesser auf, so dass dieser über seine gesamte Länge geführt werden kann. Zudem ist dadurch sichergestellt, dass der Anker 40 sich nicht schräg stellen kann, was ansonsten zu hohen magnetischen Radialkräften auf den Anker 40 und damit zu einer hohen Reibung gegenüber dem Polrohr 12 führen würde.
Die Abdichtung der Hülse 44 erfolgt mittels eines ringförmigen Dichtelementes 48, welches zwischen einem Bund 50 der Hülse 44 und dem Gehäuse 16 angeordnet ist und an dem Abschlussdeckel 30 und einem Teil des Poljochs 18 dichtend anliegt.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform können das Polrohr 12 und der Polkern 46 einteilig ausgeführt sein. Die Hülse 44 kann in diesem Fall entfallen und der Anker 40 ist hierin in der auf den Polkerneinsatz 24 weisenden axialen Richtung verschiebbar ausgeführt.
Die Lagerbuchse 28 weist an ihrer dem Anker 40 zugewandt ausgebildeten Seite einen Anschlag 52 auf, welcher einem Anschlag des Ankers 40 bei seiner axialen Bewegung dient. Ein solcher fester Anschlag hält die Stirnseite des Ankers 40 auf einem gewissen Abstand von dem scheibenförmig ausgeführten Polkerneinsatz 24 und verhindert so ein Festkleben des Ankers 40 mit der Stirnseite des Ankers 40 an dem Polkerneinsatz 24. Ein Kleben würde das Bewegungsverhaltens des Ankers 40 verändern und die zum Betrieb des Ankers 40 nötigen Magnetkräfte signifikant beeinflussen, sodass das gesamte dynamische Verhalten des Zentralaktuators 10 dadurch geändert wäre. Deshalb kann ein solcher Anschlag 52 als Antiklebscheibe das dynamische Verhalten sowie den Energieverbrauch eines Zentralaktuators 10, der mit Magnetkräften betrieben wird, positiv beeinflussen.
Der Betätigungsstößel 38 ist in eine zentrale dritte Aufnahmeöffnung 54 des Ankers 40 einpressbar. Wenn der Betätigungsstößel 38 aus einem anderen Werkstoff als der Anker 40 ausgeführt ist, stellt dies eine günstige Lösung der Verbindung beider Bauteile dar.
Das Poljoch 18, das aus mehreren Platten und/oder Rohren gebildet sein kann, umschließt die Spule 14 auf ihren Außenseiten, wodurch die Spule 14 möglichst vollständig von magnetischem Werkstoff umgeben, da im Inneren der Spule 14 das Polrohr 12 ausgebildet ist. Dadurch wird der von der Spule 14 erzeugte Magnetfluss möglichst günstig auf den Volumenbereich, in dem sich der Anker 40 bewegen kann, konzentriert.
Zum Druckausgleich zwischen einer Vorder- und einer Rückseite des Ankers 40 weist der im Wesentlichen zylindrische Betätigungsstößel 38 im Einpressbereich Abflachungen 56 auf, welche beispielsweise gefräst oder schlaggedreht ausgebildet sind, um einen Volumen- bzw. Druckausgleich zwischen der Vorder- und der Rückseite des Ankers 40 darzustellen. Das gezeigte Ausführungsbeispiel weist exemplarisch vier am Umfang verteilte Abflachungen 56 auf.
Zur Herbeiführung des Druckausgleiches könnte ebenso die Lagerbuchse 28 Ausnehmungen zwischen Ankerraum 42 und einem Außenraum 58 des Zentralaktuators 10 aufweisen. Der Druckausgleich stellt einen Volumenausgleich des eingeschlossenen Hydraulikfluids oder der eingeschlossenen Luft zwischen dem Ankerraum 42 und einem Außenraum 58 des Zentralaktuators 10 sicher. Ein solcher Druckausgleich ist sowohl bei trockenem Betrieb, also luftgefülltem Ankerraum 42, also auch bei Betrieb mit Hydraulikfluid im Ankerraum 42 von Bedeutung.
Der Betätigungsstößel 38, welcher zur Übertragung einer Kraft des Zentralaktuators 10 auf einen nicht näher dargestellten Kolben des Magnetventils ausgebildet ist, weist eine Kugel 60 an seinem vom Anker 40 abgewandt ausgebildeten Ende auf. Die Kugel 60 kann in einem Aufnahmeraum 62 des Betätigungsstößels 38, in welchem sie bewegbar gelagert ist, rotieren. Der Aufnahmeraum 62 ist von einer Wandung 64 des Betätigungsstößels 38 teilweise umschlossen und aufgrund der Bewegung der Kugel kann dies zu einem Verschleiß der Wandung 64 und/oder der Kugel 60 führen.
Der erfindungsgemäße Zentralaktuators 10 ist gem. 2 ausgebildet. Der Betätigungsstößel 38 ist in einem Tiefziehverfahren hergestellt worden und ist an seinem vom Anker 40 abgewandt ausgebildeten Ende kugelabschnittsförmig ausgebildet, derart, dass eine nahezu punktuelle Berührung mit dem Kolben ermöglich wird. Zur Herbeiführung eines Ölausgleichs weist der Betätigungsstößel 38 eine Durchtrittsöffnung 66 quer zu seiner Längsachse 68 auf.
Zur Reduzierung des Verschleißes ist der Betätigungsstößel 38 einer Nitrierung unterzogen. Ebenso könnte der Betätigungsstößel 38 auch nur partiell an seinem vom Anker 40 abgewandt ausgebildeten Ende nitriert ausgebildet sein.
Insbesondere verhindert eine abgesetzte Bohrung eine Bewegung des Betätigungsstößels 38 in einer dritten Aufnahmeöffnung 54.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005049663 A1 [0003]

Claims

Zentralaktuator für ein Magnetventil eines Schwenkmotorverstellers, umfassend ein Gehäuse (16), das den Zentralaktuator (10) umschließt, ein Polrohr (12) und einen Polkern (46), welche innerhalb mindestens einer ein Magnetfeld erzeugenden Spule (14) angeordnet sind, sowie einen Betätigungsstößel (38) der an einem Anker (40) des Zentralaktuators (10) angeordnet ist, wobei der Anker in einem vom Polrohr (12) und Polkern (46) gebildeten Ankerraum (42) in axialer Richtung entlang einer Längsachse (68) des Zentralaktuators (10) verschiebbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (38) in Form eines Tiefziehbauteils ausgebildet ist.
Zentralaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (38) zumindest teilweise eine Nitrierung aufweist.
Zentralaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (38) eine sich quer zu seiner Längsachse (68) erstreckende Durchtrittsöffnung (66) aufweist.
Zentralaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsstößel (38) in einer abgesetzten Bohrung aufgenommen ist.