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Es wird ein Aktuator und ein Verfahren zum Herstellen eines Aktuators beschrieben.
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Aktuatoren zum Betätigen eines Hydraulikventils eines Nockenwellenschwenkmotorverstellers sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Üblicherweise umfassen derartige Hydraulikventile einen axial verstellbaren Ventilkolben, welcher durch seine axiale Position ein hydraulisches Fluid derart steuern, dass dadurch letztlich eine Positionierung der Nockenwelle möglich ist. Ein geeigneter Aktuator wirkt hierbei axial mittels eines Stößels auf den verstellbaren Ventilkolben ein.
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Ferner ist im Stand der Technik ein Zentralaktuator für ein Magnetventil eines Schwenkmotorverstellers mit einem Gehäuse bekannt. Der Zentralaktuator umfasst ein Polrohr und einen Polkern, die innerhalb mindestens einer ein Magnetfeld erzeugenden Spule angeordnet sind. Ein Betätigungsstößel ist an einem Anker des Zentralaktuators angeordnet und in einem vom Polrohr und Polkern gebildeten Ankerraum in axialer Richtung verschiebbar. Ein Abschlusselement ist zum Verschließen des Ankerraums vorgesehen. Dieses Abschlusselement umfasst einen Abschlussdeckel.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen verbesserten Aktuator und ein Verfahren zum Herstellen eines Aktuators mit einem vereinfachten Aufbau und wenigen Bauteilen bereitzustellen.
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Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird die Aufgabe mit einem Aktuator, insbesondere für ein Magnetventil eines Schwenkmotornockenwellenverstellers, gelöst, wobei der Aktuator ein zylindrisches Gehäuse zur Aufnahme eines Ankers mit einem Betätigungsstößel und einer Spule umfasst. Der Anker ist in einem Ankerraum in einer axialen Richtung mittels Kräften eines durch die Spule ausgebildeten Magnetfeldes verschiebbar angeordnet, wobei der Aktuator einen Gehäusedeckel aufweist, welcher das zylindrische Gehäuse abdeckend sowie das zylindrische Gehäuse bis zu einem Außenumfang radial und axial umgreifend ausgebildet ist. Am zylindrischen Außenumfang des Gehäuses ist zum statischen abdichtbaren Einsetzen in einen Aktuatorhalter ein Profildichtring angeordnet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben.
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Der verbesserte Aufbau des Aktuators bringt die Vorteile mit sich, dass die das Magnetfeld erzeugende Spule gegen Feuchtigkeit und Öl besser abgedichtet ist, da der Gehäusedeckel im Wesentlichen um 90° abgewinkelt ist, so dass ein Eindringen von Öl und Feuchtigkeit zwischen Gehäusedeckel und Gehäuse stark vermindert ist. Das Magnetventil steuert ein flüssiges Fluid, so dass die äußere Oberfläche des Gehäusedeckels vom Aktuator mit dem flüssigen Fluid in Kontakt steht und umspült wird.
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Um die Dichtigkeit der elektrischen Spule im Gehäuse des Aktuators gegenüber dem flüssigen Fluid weiter zu verbessern, ist der Gehäusedeckel zumindest bis unter eine Profilhälfte des Profildichtrings ausgebildet. Somit unterstützt zumindest eine Profilhälfte des Profildichtrings die Abdichtung zwischen Gehäusedeckel und Gehäuse.
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Weiter bevorzugt umfasst der Profildichtring auf einer radial innen liegenden Seite zumindest zwei Dichtringlippen, wobei eine erste Dichtringlippe unmittelbar auf dem Gehäusedeckel und eine zweite Dichtringlippe unmittelbar auf dem Gehäuse angeordnet ist. Somit ist gleichzeitig eine Abdichtung zwischen Gehäuse, Gehäusedeckel und dem den Aktuator aufnehmenden Aktuatorhalter gewährleistet. Ein Eindringen von Spritzwasser kann so einfach verhindert werden.
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Gemäß einer den Aktuator weiterbildenden Ausführungsform, umfasst das zylindrische Gehäuse eine im Außenumfang ausgebildete koaxiale Schulter zur Anlage des Profildichterings. Somit wird der Profildichtring in axialer Richtung in der Position festgelegt.
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Um die Abdichtung zwischen Gehäusedeckel und Gehäuse noch weiter zu verbessern, ist der Gehäusedeckel vollständig unter dem Profil des Profildichtrings das Gehäuse umgreifend ausgebildet und eine erste O-Ring-Dichtung ist zwischen Gehäuse und Gehäusedeckel angeordnet. Bevorzugt ist die O-Ring-Dichtung an einer Ecke der koaxial ausgebildeten Schulter angeordnet. Das Fluid wird somit an der äußeren und inneren Umfangsfläche des Profildichtrings, sowie zusätzlich mittels der ersten O-Ring-Dichtung abgedichtet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste O-Ring-Dichtung unmittelbar am Profildichtring als Gegenhalter ausgebildet. Beispielsweise ist der Gehäusedeckel unmittelbar zwischen Profildichtring und erster O-Ring-Dichtung angeordnet. Somit bilden die beiden elastischen Dichtringe ein Lager und ein korrespondierendes Gegenlager. Beispielsweise sind die beiden Dichtringe koaxial zueinander liegend angeordnet.
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Um den Profildichtring in axialer Richtung besser in Position zu halten, weist der Gehäusedeckel eine Haltewölbung für den Profildichtring auf, welche radial von dem Gehäuse abstehend ausgebildet ist.
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Um die Dichtigkeit zwischen Ankerraum und Gehäuseinnenraum mit der Spule zu verbessern, weist der Gehäusedeckel einen Ankertopf zur Aufnahme des Ankers auf. Somit ist der Aktuator leichter herstellbar und der Anker ist im Gehäusedeckel leicht verschiebbar. Beispielsweise weist der Gehäusedeckel einen zusätzlichen Ankertopfdeckel auf, welcher auf der Öffnung des Ankertopfes angeordnet ist. Dies verbessert die Dichtigkeit zusätzlich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform, weist der Gehäusedeckel einen zweiten Dichtring auf, der einen separaten Ankertopf, der in das Gehäuse eingesetzt ist, gegenüber dem Gehäuse abdichtet. Der zweite Dichtring verhindert somit das Eindringen von Fluid sowohl aus dem Ankerraum als auch über den zylindrischen Außenumfang in das Gehäusinnere.
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Um die Dichtigkeit zwischen Ankertopf und Gehäusedeckel sicherzustellen, ist der Ankertopf am Gehäusedeckel stoffschlüssig oder formschlüssig ausgebildet. Beispielsweise bilden Ankertopf und Gehäusedeckel ein integrales Bauteil, welches durch Tiefziehen herstellbar ist. Somit sind Ankertopf und Gehäusedeckel einfach und kostengünstig herstellbar.
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Zur Verstärkung des Magnetfeldes, umfasst der Aktuator eine erste und eine zweite Polscheibe, welche in dem Gehäuse jeweils oberhalb und unterhalb der Spule angeordnet sind. Die erste Polscheibe ist bevorzugt mit dem Gehäuse eingespritzt verbaut. Die zweite Polscheibe ist beim Zusammenbau einsteckbar. Somit ist der Aktuator besonders einfach herstellbar.
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Um das Magnetfeld definiert auszubilden, weist der Aktuator einen Polkern auf, welcher unmittelbar unterhalb des Gehäusedeckels stirnseitig zu dem Anker angeordnet ist.
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Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform, ist der Gehäusedeckel gegenüber dem Polkern und/oder gegenüber einer Polscheibe laserverschweißt ausgebildet. Dadurch ist der Aktuator besonders kostengünstig herstellbar, wobei durch das Laserverschweißen keine temperaturbedingten Auswirkungen auf die einzelnen Bauteile des Aktuators zu erwarten sind. Dadurch kann der Aktuator sehr zuverlässig und präzise hergestellt werden.
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Gemäß eines Aspekts wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines Aktuators, insbesondere für ein Magnetventil eines Schwenkmotornockenwellenverstellers, mit nachfolgenden Schritten gelöst: Bereitstellen eines zylindrischen Gehäuses mit einer ein Magnetfeld ausbildenden Spule, Anordnen eines Ankertopfes zur Aufnahme eines Ankers, Einbringen des Ankers in den Ankertopf, wobei der Anker in einem Ankerraum auch in einer axialen Richtung mittels Kräften des durch die Spule ausgebildeten Magnetfeldes verschiebbar angeordnet ist, und anschließendes Überschieben eines Gehäusedeckels über einen zylindrischen Abschnitt des zylindrischen Gehäuses. Insbesondere durch den letzten Schritt wird eine verbesserte Dichtigkeit erzielt. Dies ist damit begründet, dass der Gehäusedeckel nun am zylindrischen Gehäuse besser abdichtet, als wenn er flächig oder stirnseitig auf dem Gehäuse montiert wäre.
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Zusätzlich lässt sich bei einem Ankertopf, welcher mit dem Gehäusedeckel als stoffschlüssiges integrales Bauteil ausgebildet ist, eine deutliche Vereinfachung des Herstellungsverfahrens und eine Verbesserung der Dichtigkeit herbeiführen.
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Weitere Vorteile gehen aus den abhängigen Patentansprüchen der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform des Aktuators mit einem Gehäusedeckel,
- 2 einen Querschnitt eines Aktuators gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 3 einen Querschnitt eines Aktuators gemäß einer dritten Ausführungsform,
- 4 eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens gemäß der dritten Ausführungsform,
- 5 einen Querschnitt gemäß der vierten Ausführungsform, und
- 6 einen Querschnitt gemäß einer fünften Ausführungsform.
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Die 1 zeigt den Aktuator 1, der für ein nicht dargestelltes Magnetventil eines nicht im Einzelnen dargestellten Schwenkmotornockenwellenverstellers bereitgestellt wird. Der Aktuator 1 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 2, das beispielsweise in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird. Das zylindrische Gehäuse 2 nimmt einen Anker 3 mit einem Betätigungsstößel 4 auf. Der Betätigungsstößel 4 ist vorzugsweise in den Anker 3 eingepresst und hat an seinem Ende gegenüberliegend zum Anker 3 eine eingesetzte Kugel 5, die ein vorgespanntes Hydraulikventil betätigt. Eine Spule 6 im Gehäuse 2 ist entweder eingespritzt oder wird alternativ in das Gehäuse 2 eingesetzt. Der Anker 3 ist in einem Ankerraum 7 in einer axialen Richtung mittels Kräften von einem durch die Spule 6 ausgebildeten Magnetfeld verschiebbar angeordnet. Die Ausführungsform gemäß der 1 zeigt das Gehäuse 2 mit einer eingegossenen ersten Polscheibe 8, einem Poljoch 9 in Form einer Hülse und einer zweiten Polscheibe 10. Die beiden Polscheiben 8, 10 und das Poljoch 9 umgeben die eingegossene Spule 6. Die erste Polscheibe 8 hat Durchstellungen 28 in Form von Bohrungen und die zweite Polscheibe 9 hat Durchstellungen 29 in Form von Bohrungen. Ein Polrohr 11 und ein Polkern 12 sind in dem Gehäuse 2 ebenfalls eingespritzt und umgeben den Ankerraum 7.
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Ein Gehäusedeckel 13 deckt auf der Seite des offenen Ankerraums 7 das Gehäuse 2 ab. Hierbei umgreift der Gehäusedeckel 13 das Gehäuse radial und axial, wodurch ein besonders hohes Maß an Dichtigkeit erreicht wird.
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In dieser besonderen Ausführungsform umfasst der Gehäusedeckel 13 auch einen Ankertopf 14 zur Aufnahme des Ankers 3. Ankertopf 14 und Gehäusedeckel 13 sind als einteiliges bzw. einstückiges Bauteil ausgebildet. Der Ankertopf 14 ist mit einem Ankertopfdeckel 15 abgedeckt, wobei eine zentrale Bohrung 16 in dem Ankertopfdeckel 15 ausgebildet ist, so dass der Betätigungsstößel 4 berührungsfrei durch den Ankertopfdeckel 15 verschiebbar ist und das Fluid, das mit dem Schwenkmotornockenwellenversteller gesteuert wird, in den Ankerraum 7 hinein- und aus dem Ankerraum 7 herausfließen kann. Am zylindrischen Außenumfang 17 des Gehäuses 2 ist zu einem statischen Abdichten des Aktuators 1 in einem Aktuatorhalter 18 ein Profildichtring 19 angeordnet. Der Aktuator 1 ist mittels Schrauben und bevorzugt mittels einer Lagerpassung am Aktuatorhalter 18 angeordnet. Hierfür bildet das zylindrische Gehäuse 2 eine koaxiale Schulter 20 am Außenumfang 17.
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Gemäß der in der 1 gezeigten Ausführungsform dient die Schulter 20 einerseits als Passung in den Aktuatorhalter 18 und andererseits als axiale Anlage des Profildichtrings 19. Damit der Profildichtring 19 in axialer Richtung zusätzlich gesichert ist, weist der Gehäusedeckel 13 eine umlaufende Haltegeometrie 21 auf. Die Haltegeometrie 21 ist als Haltewölbung ausgebildet und weißt im Querschnitt einen konvexen Halbkreis auf. Somit ist der Halbkreis radial von dem Gehäuse 2 in axialer Höhe des Polkerns 12 abstehend ausgebildet.
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Der Gehäusedeckel 13 ist zumindest bis unter eine Profilhälfte 22 des Profildichtrings 19 ausgebildet. Der Profildichtring 19 umfasst auf einer radial innenliegenden Seite zumindest zwei Dichtringlippen 23, 24, wobei eine erste Dichtringlippe 23 unmittelbar auf dem Gehäusedeckel 13 und eine zweite Dichtringlippe 24 unmittelbar auf einem Außenumfang 27 des Gehäuses 2 angeordnet ist. Der Polkernring 12 ist unmittelbar unterhalb des Gehäusedeckels 13 stirnseitig zum Anker 3 angeordnet.
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Der Polkern 12 und das Polrohr 11 sind mit dem Gehäusedeckel 13 durch eine umlaufende Laserschweißung am Aktuator 1 gesichert. Eine sogenannte Stoßkante 25 des Gehäusedeckels 13 liegt zwischen den beiden Dichtlippen 23, 24.
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Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Aktuators 1. Im Unterschied zur 1 umfasst der Aktuator 1 ein Gehäuse 2, in dem eine erste Polscheibe 8 von einem Poljoch 9 umgeben ist. Optional können Polscheibe 8, Poljoch 9 und Spule 6 in das Gehäuse 2 eingespritzt sein. Das Polrohr 11 und der Polkern 12 sowie die zweite Polscheibe 10 haben im Gegensatz zur ersten Polscheibe 8 keine Durchstellungen.
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Bei dieser zweiten besonderen Ausführungsform ist der Ankertopf 14 zweiteilig, also separat vom Gehäusedeckel 13, ausgebildet. Ein zweiter Dichtring 30 dichtet den Ankertopf 14 und den Gehäusedeckel 13 am Gehäuse 2 ab. In dieser Ausführungsform liegt der zweite Dichtring 30 direkt auf dem Polkern 12 auf.
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Die zweite Polscheibe 10 ist auf die Spule 6 und auf das Poljoch 9 aufgelegt. Der Gehäusedeckel 13 ist mit der Polscheibe 10 laserverschweißt. Die Haltegeometrie 21 ist in dieser Ausführungsform im Querschnitt gesehen in Form eines Dreiecks mit abgerundeten Ecken ausgebildet. Die Haltegeometrie 21 verläuft - im Querschnitt gesehen - zur offenen Stirnseite des Aktuators mit dem Betätigungsstößel 4 konisch verjüngend. Somit ist die Profildichtung 19 leichter über den Gehäusedeckel 13 aufbringbar. Die Profildichtung 19 hat in dieser besonderen Ausführungsform an der Innenseite - im Querschnitt gesehen - im Wesentlichen als Kreise ausgebildete erste und zweite Dichtlippen 23, 24. Die Kreise sind in axialer Richtung des Aktuators 1 jeweils an den äußeren Enden der Profildichtung 19 ausgebildet. Auf der äußeren Oberfläche der Profildichtung 19 sind komplementäre dritte und vierte Dichtlippen 31, 32 ausgebildet, die ebenfalls an den äußeren Enden der Profildichtung 19 ausgebildet sind.
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Das Polrohr 11 und der Polkern 12 sind nicht umspritzt, sondern in das gespritzte Gehäuse 2 eingesetzt. Der Ankertopfdeckel 15 ist beispielsweise mittels Laserschweißung mit dem Gehäusedeckel 13 verbunden.
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Die 3 zeigt einen Aktuator 1 gemäß einer dritten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform ist das Poljoch 9 nicht eingespritzt, sondern in das Gehäuse 2 eingesetzt. Die erste Polscheibe 8 ist mit Durchstellungen 28 in das Gehäuse 2 eingespritzt. Bei dieser Ausführungsform ist die Haltegeometrie 21 im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Der Gehäusedeckel 13 erstreckt sich vollständig unter der Profildichtung 19 und verläuft bis zur Schulter 20. Von der Schulter 20 ist der Gehäusedeckel 13 nach außen in eine erste Ringnut 33 gespreitzt. An der äußeren Ecke der Schulter 20 befindet sich eine zweite Ringnut, in der eine erste O-Ring-Dichtung 35 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Gehäusedeckel 13 angeordnet ist. Die erste O-Ring-Dichtung 35 ist unmittelbar am Profildichtring 19 als Gegenhalter mit dazwischen gestuftem Gehäusedeckel 13 angeordnet. Die Profildichtung 19 ist hier - im Querschnitt gesehen - in der Breite beidseitig nach außen gewölbt ausgebildet.
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Die 4 zeigt den Fügeprozess der in der 3 gezeigten dritten Ausführungsform. Es wird ein zylindrisches Gehäuse 2 mit einer ein Magnetfeld ausbildenden Spule 6 bereitgestellt, wobei zumindest die erste Polscheibe 8 mit Durchstellungen 28 am Gehäuse 2 angespritzt ist. Optional ist auch die Spule 6 eingespritzt.
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Es wird in einem zweiten Schritt das Poljoch 9 eingesetzt.
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Im dritten Schritt wird die zweite Polscheibe 10 mit dem Polrohr 11 und dem Polkern 12 zu einem Bauteil zusammengefügt und stirnseitig auf das Poljoch 9 und die Spule 6 aufgebracht.
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Im vierten Schritt wird der zweite Dichtring 30 auf den äußeren Flansch 36 des Ankertopfes 14 gelegt und der Ankertopf 14 wird zur Aufnahme eines Ankers 3 angeordnet.
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Im fünften Schritt wird das Polrohr 11 und der Polkern 12 in den Ankerraum 7 eingeschoben.
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Im anschließenden sechsten Schritt wird der Anker 3 mit dem Betätigungsstößel 4 in den Ankertopf 14 eingebracht, so dass der Anker 3 in dem Ankerraum 7 in einer axialen Richtung mittels Kräften des durch die Spule 6 ausgebildeten Magnetfeldes verschiebbar angeordnet ist.
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Im nachfolgenden siebten Schritt wird eine erste O-Ring-Dichtung 35 in eine rechteckförmige Auswölbung 37 des Gehäusedeckels 13 eingesetzt und anschließend wird der Gehäusedeckel 13 über den zylindrischen Abschnitt 17 geschoben.
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Im abschließenden letzten Schritt wird die Profildichtung 19 über die Haltegeometrie 21 in eine Halteringnut 38 eingeschoben.
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Die 5 zeigt im Wesentlichen die Ausführungsform der 3 mit dem Unterschied, dass die zweite Polscheibe 10 in das Poljoch 9 eingepresst ist.
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Die 6 zeigt den Aktuator 1 der 5, wobei bei dieser Ausführungsform die Haltegeometrie 21 in axialer Richtung zur Stirnseite des Betätigungsstößels konisch verjüngend ausgebildet ist. Mit dieser Einführphase ist der Profilring 19 leichter in die Halteringnut 38 einschiebbar.
