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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stelleinheit für einen elektromechanischen variablen Ventiltrieb, umfassend zumindest einen Anker, der innerhalb eines jeweiligen Ankerraums axial verschiebbar angeordnet ist, und einen jeweiligen Polkern, der den jeweiligen Ankerraum in einer Bewegungsrichtung des Ankers begrenzt und eine jeweilige mit dem Anker wirksam verbundene Stößelstange axial führt.
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Beispielsweise geht aus der
DE 10 2005 048 732 A1 eine elektromagnetische Stelleinheit eines hydraulischen Wegeventils mit einem Anker, der innerhalb eines Ankerraums axial verschiebbar angeordnet ist und einem Polkern, der in einer Aufnahme angeordnet ist und den Ankerraum in einer Bewegungsrichtung des Ankers begrenzt, hervor. Zumindest ein Abflusskanal ist vorgesehen, der sowohl mit dem Ankerraum als auch mit dem Äußeren der Stelleinheit kommuniziert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektromagnetische Stelleinheit weiterzuentwickeln und insbesondere eine Schmiermittelzirkulation zu verbessern. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße elektromagnetische Stelleinheit für einen elektromechanischen variablen Ventiltrieb umfasst zumindest einen Anker, der innerhalb eines jeweiligen Ankerraums axial verschiebbar angeordnet ist, und einen jeweiligen Polkern, der den jeweiligen Ankerraum in einer Bewegungsrichtung des Ankers begrenzt und eine jeweilige mit dem Anker wirksam verbundene Stößelstange axial führt, ferner umfassend einen Aktorraum, in dem ein durch die jeweilige Stößelstange betätigbarer Hebel angeordnet ist, wobei der jeweilige Hebel wirksam mit einem jeweiligen Betätigungspin verbunden ist, wobei der jeweilige Betätigungspin in axialer Richtung geführt ist, und wobei an dem jeweiligen Betätigungspin ein erster Abflusskanal vorgesehen ist, um eine Kommunikation zwischen dem Aktorraum und dem Äußeren der Stelleinheit zu realisieren, wobei zumindest ein zweiter Abflusskanal vorgesehen ist, welcher an einer geodätisch tiefsten Stelle des Aktorraums angeordnet ist. Insbesondere mündet der zweite Abflusskanal ausgehend vom Aktorraum im Inneren eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine. Vorteilhafterweise werden dadurch insbesondere ein Ölaustausch und eine Ölspülung gefördert, sodass eine Schaltzeitperformance der Stelleinheit besonders bei niedrigen Temperaturen und damit einhergehender viskoser Dämpfung verbessert wird.
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Bevorzugt weist die Stelleinheit eine Doppelspule auf, wobei zwei parallele Ankerräume in der Stelleinheit angeordnet sind, die von einer jeweiligen Spule zumindest teilweise in axialer und radialer Richtung umgeben sind und in denen jeweils ein Anker und ein Polkern aufgenommen sind. Der jeweilige Polkern ist bevorzugt dreh- und ortsfest am Gehäuse der Stelleinheit aufgenommen.
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Durch Betätigung des jeweiligen Ankers, der auf einer jeweiligen der Außenkontur des Ankers angepassten Führungsfläche im Angerraum axial verschieblich gelagert ist, wird eine damit verbundene Stößelstange in Richtung des Polkerns verlagert. Die axiale Position des Ankers innerhalb des Ankerraums kann durch Bestromen der jeweiligen Spule gezielt eingestellt werden. Die Stößelstange ist teilweise am Anker aufgenommen und ragt mit einem freien Ende durch den Polkern hindurch, wo sie im Aktorraum am jeweiligen Hebel axial zur Anlage kommt. Die Anker können separat, gemeinsam oder abwechselnd betätigt werden, sodass die Betätigungspins somit separat, gemeinsam oder abwechselnd axial verlagert werden.
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Vorzugsweise ist der jeweilige Betätigungspin im Gehäuse axial geführt. Mithin weist das Gehäuse eine jeweilige Öffnung auf, durch der Betätigungspin geführt ist. Somit ist der jeweilige Betätigungspin durch das Gehäuse radial gehalten. Die Bewegung des jeweiligen Ankers wird somit mittels der Stößelstange, des damit wirksam verbundenen Hebels und des Betätigungspins auf einen Steuerkolben eines axial zur Stelleinheit angeordneten Ventilabschnitts des Ventiltriebs übertragen.
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Um ein hohe Ansprechdynamik und geringe Hystereseeffekte zu erreichen, wird eine geringe Menge Schmiermittel, in Form von Motoröl, dem Ankerraum während des Betriebs der Brennkraftmaschine zugeführt. An den Polkernen sind vorzugsweise sogenannte Entlüftungs- bzw. Abflusskanäle ausgebildet, die einen Fluidfluss, insbesondere einen Ölstrom zwischen dem jeweiligen Ankerraum und dem Aktorraum ermöglichen. Ferner ist der Aktorraum über einen jeweiligen am Betätigungspin ausgebildeten ersten Abflusskanal mit dem Äußeren der Stelleinheit verbunden, sodass eine zugeführte Menge Öl über die Abflusskanäle abgeleitet werden kann. Unter dem „Äußeren der Stelleinheit“ ist die Außenatmosphäre der Stelleinheit zu verstehen, welche insbesondere der Innenraum eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine ist.
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Die Ankerräume, die Anker, die Polkerne sowie die Hebel und Betätigungspins sind bezogen auf die geodätisch tiefste Stelle des Ankerraums vorzugsweise parallel zueinander, das heißt vertikal über- bzw. untereinander angeordnet. Mit anderen Worten ist ein Ankerraum mit den darin angeordneten Bauteilen somit näher zur geodätisch tiefsten Stelle des Aktorraums angeordnet als der jeweils andere Ankerraum. Die Längsachsen der Ankerräume werden ausgehend von der geodätisch tiefsten Stelle des Aktorraums durch eine gemeinsame Gerade senkrecht geschnitten. Das Anordnen des jeweiligen zweiten Abflusskanals an der geodätisch tiefsten Stelle des Ankerraums realisiert eine Spülwirkung innerhalb des jeweiligen Ankerraums und des Aktorraums. Diese verhindert, dass sich an der jeweiligen Führungsfläche oder dem jeweiligen Anker Ablagerungen, beispielsweise gealtertes Motoröl oder Fremdkörper, infolge von Gravitation ablagern. Des Weiteren werden Fremdkörper, beispielsweise Urschmutz der Brennkraftmaschine oder Abrieb, aus der Stelleinheit ausgeschwemmt und ein Ansammeln von Ölschlamm innerhalb der Stelleinheit verhindert. Ferner erfolgt die Bewegung des Ankers im Ankerraum gegen einen geringeren Widerstand und es besteht nicht die Gefahr eines Verklemmens des Ankers. Das Ansprechverhalten und die Dynamik der Bewegung des jeweiligen Ankers bleiben dauerhaft hoch und Hystereseeffekte und die Gefahr von Ausfällen werden deutlich reduziert. Mit anderen Worten wird bei gleichbleibendem Herstellungsaufwand die Lebensdauer der Stelleinheit erhöht.
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Vorzugsweise ist eine Achse des jeweiligen zweiten Abflusskanals im Wesentlichen parallel zum jeweiligen Betätigungspin angeordnet. Für den Fall das nur ein Abflusskanal vorgesehen ist, werden sowohl die Achse des Abflusskanals als auch die Achsen der Ankerräume durch eine Gerade senkrecht geschnitten. Alternativ ist eine Achse des jeweiligen zweiten Abflusskanals in einem Winkel zum jeweiligen Betätigungspin angeordnet. Ferner alternativ ist eine Achse des jeweiligen zweiten Abflusskanals im Wesentlichen senkrecht zum jeweiligen Betätigungspin angeordnet. Mit anderen Worten können die Anordnung sowie die Form des jeweiligen zweiten Abflusskanals beliebig an verschiedene Anforderungen, insbesondere auf die gewünschte Anschlussgeometrie angepasst werden. Ferner ist denkbar, den jeweiligen zweiten Abflusskanal als Anschlussstutzen auszubilden.
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Bevorzugt ist ein Gehäuse der Stelleinheit zumindest teilweise aus einem Kunststoff ausgebildet. Das Gehäuse ist bevorzugt zwei- oder mehrteilig ausgebildet und wird nach der Montage der Stelleinheit an den Kontaktstellen der Gehäuseteile im Wesentlichen fluiddicht verschlossen. Mithin lässt sich die Stelleinheit somit vergleichsweise kostengünstig als Kunststoffintegralbauteil ausbilden. Eine konstruktive Anpassung oder Erweiterung der Stelleinheit, insbesondere mit dem jeweiligen zweiten Abflusskanal lässt sich somit mit geringem Aufwand und nahezu kostenneutral realisieren.
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Die Erfindung betrifft ferner einen elektromechanischen variablen Ventiltrieb, umfassend eine elektromagnetische Stelleinheit der vorgenannten Art. Der Ventiltrieb ist insbesondere für ein nockenbetätigtes Hubventil einer Brennkraftmaschine vorgesehen.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines elektromechanischen variablen Ventiltriebs mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stelleinheit, und
- 2 eine schematische Perspektivdarstellung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stelleinheit gemäß 1.
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Gemäß 1 ist ein elektromechanischer variabler Ventiltrieb für eine - hier nur teilweise gezeigte - Brennkraftmaschine dargestellt. Eine elektromagnetische Stelleinheit 1 ist vorgesehen, um den Ventiltrieb anzusteuern.
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Nach 2 ist die elektromagnetische Stelleinheit 1 durch ein aus einem Kunststoff ausgebildetes, zweiteiliges Gehäuse 11, bestehend aus einem ersten und zweiten Gehäuseteil 11a, 11b räumlich begrenzt. Die Stelleinheit 1 ist als Doppelspule ausgebildet und umfasst einen ersten und zweiten Ankerraum 3a, 3b, wobei jeder Ankerraum 3a, 3b von einer jeweiligen Spule 12a, 12b umgeben ist. Die Spulen 12a, 12b umgeben den jeweiligen Ankerraum 3a, 3b in radialer und teilweise in axialer Richtung und werden durch ein - hier nicht gezeigtes - Anschlusselement bestromt.
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Innerhalb des jeweiligen Ankerraums 3a, 3b ist ein Anker 2a, 2b axial verschiebbar angeordnet, wobei jeder Anker 2a, 2b eine jeweilige Stößelstange 5a, 5b koaxial aufnimmt, die durch einen Polkern 4a, 4b axial geführt ist. Der Bestromen der Spulen 12a, 12b ist eine axiale Position des jeweiligen Ankers 3a, 3b im Ankerraum 3a, 3b gezielt einstellbar. Der jeweilige Polkern 4a, 4b begrenzt den jeweiligen Ankerraum 3a, 3b in einer axialen Bewegungsrichtung des Ankers 2a, 2b.
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Die Stößelstangen 5a, 5b durchdringen den jeweiligen Polkern 4a, 4b und kommen in einem gemeinsamen Aktorraum 6 an einer an einem jeweiligen Hebel 7a, 7b ausgebildeten Vertiefung 14a, 14b zur Anlage. Die Hebel 7a, 7b erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Stößelstangen 5a, 5b und sind vorliegend an einem am zweiten Gehäuseteil 11a ausgebildeten Lagerpunkt 13a, 13b gelagert. Die Hebel 7a, 7b fungieren als Betätigungshebel, und treten an einem distalen Ende mit einem jeweiligen Betätigungspin 8a, 8b in Kontakt. Mithin bewirkt eine Betätigung des Ankers 2a, 2b eine axiale Verlagerung des jeweiligen Betätigungspins 8a, 8b, um den Ventiltrieb anzusteuern. Dabei kommen die Hebel 7a, 7b an einem jeweiligen Kontaktpunkt 15a, 15b des jeweiligen Betätigungspins 8a, 8b zur Anlage.
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Die Betätigungspins 8a, 8b sind durch das zweite Gehäuseteil 11a in axialer Richtung geführt und radial gesichert. Ferner ist an den beiden Betätigungspins 8a, 8b ein erster Abflusskanal 9 vorgesehen, wobei hier lediglich der zweite Abflusskanal 9 am zweiten Betätigungspin 8b sichtbar ist. Die ersten Abflusskanäle 9 sind dazu vorgesehen, eine Kommunikation zwischen dem Aktorraum 6 und dem Äußeren der Stelleinheit 1 zu realisieren.
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Des Weiteren ist an der Stelleinheit 1 ein zweiter Abflusskanal 10 vorgesehen, welcher an einer geodätisch tiefsten Stelle des Aktorraums 6 angeordnet ist. Insbesondere mündet der zweite Abflusskanal 10 ausgehend vom Aktorraum 6 im Inneren eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine. Der zweite Abflusskanal 10 ist in 1 dargestellt. In der Schnittdarstellung gemäß 2 ist der zweite Abflusskanal 10 nicht gezeigt, er liegt in der vorliegenden Darstellung jedoch vertikal unterhalb des zweiten Hebels 7b und des zweiten Lagerpunkts 13b, um eine Spülwirkung zu erreichen. Nach 1 in Verbindung mit der Darstellung nach 2 ist eine Achse des jeweiligen zweiten Abflusskanals 10 im Wesentlichen parallel zu den Längsachsen der Betätigungspins 8a, 8b und der Anker 2a, 2b angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stelleinheit
- 2a, 2b
- Anker
- 3a, 3b
- Ankerraum
- 4a, 4b
- Polkern
- 5a, 5b
- Stößelstange
- 6
- Aktorraum
- 7a, 7b
- Hebel
- 8a, 8b
- Betätigungspin
- 9
- Erster Abflusskanal
- 10
- Zweiter Abflusskanal
- 11
- Gehäuse
- 11a, 11b
- Gehäuseteil
- 12a, 12b
- Spule
- 13a, 13b
- Lagerpunkt
- 14a, 14b
- Vertiefung
- 15a, 15b
- Kontaktstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005048732 A1 [0002]
