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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung für einen variablen Ventiltrieb, die folgende Element aufweist:
- - eine Grundplatte,
- - ein Gehäuse, das an der Grundplatte befestigt ist und
- - eine Spule.
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Derartige Stellvorrichtungen sind beispielsweise aus der WO 2003/ 021 612 A1 bekannt. Gezeigt ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einem Joch, einem Polkern und einem Anker. Auf den Anker wirkt eine elektromagnetisch durch eine Spule hervorgerufene Kraft, wodurch ein Stellstift verlagert werden kann. Die Elemente werden von einem topfförmigen Gehäuse zusammengehalten, an dessen von der Befestigung entfernten Ende ein Stecker angeordnet ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den Aufbau einer elektromagnetischen Stelleinheit zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektromagnetische Stelleinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach weist die elektromagnetische Stelleinheit folgende Elemente auf: eine Grundplatte, ein Gehäuse, das an der Grundplatte befestigt ist, eine Spule und einen Stecker. Die Spule (13) und der Stecker (15) bilden mit Kunststoff umspritzt eine Einheit. Die Einheit aus Spule und Stecker kann u.a. in unmittelbarer Nähe zum Stecker an der Grundplatte befestigt werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Positionierung des Steckers positionstreu zur Anschlussumgebung erfolgen kann. Im Stand der Technik summieren sich bestehende Toleranzen der Bauteile zwischen der Befestigung des Spulenkörpers und der Steckereinheit zu einer Toleranzkette, die eine positionstreue Positionierung nicht ermöglicht. Beispielsweise bei einer Anordnung der elektromagnetischen Stellvorrichtung in einem Zylinderkopf muss der Stecker so positioniert werden können, dass der oder die Stecker durch Öffnungen des auf den Zylinderkopf gesetzten Zylinderkopfdeckels greifen. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Einheit aus Spule Stecker entlang ihrer Längsseite an der Grundplatte befestigt. Ein Befestigungspunkt ist vorzugsweise im Bereich des Steckers angeordnet, um eine positionstreue Anordnung des Steckers gewährleisten zu können. Mithilfe dieser Ausführung kann die Montage erleichtert werden und die Grundplatte in den Magnetkreis einbezogen werden. Die Spule kann an der Grundplatte mittels Wärmekontaktnieten oder Quetschrippen (sog. „Crushribs“) befestigt sein. Auf vorteilhafte Weise kann somit die Spule vom Gehäuse mechanisch entkoppelt werden. Insbesondere bei einer mit Kunststoff umspritzten Spule ist die Dauerhaltbarkeit der Verbindung von Kunststoff/Metall problematisch. Der mechanische Kontakt zwischen dem Weicheisenkreis und der Spule kann aber vermieden werden - die Spule dient allein als Quelle der magnetischen Aktuierung, das Gehäuse umfasst lediglich die Spule. Anstelle der Wärmekontaktnieten kann die Spule auch mittels beispielsweise Stiften an der Grundplatte fixiert werden. Quetschrippen können zwischen der Spule und dem Bügelgehäuse vorgesehen sein und die Spule nach Deformation an der Grundplatte halten.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Spule mittels einer Kunststoffumspritzung gekapselt. Durch die getrennte Anordnung von Spule, Bügelgehäuse und Grundplatte kann die Spule bis auf eine Kabeldurchführung vollständig gekapselt werden. Die Spule kann somit vor äußeren Einflüssen geschützt werden, beispielsweise vor einem Eintritt von Motoröl. Spule, Kabel und Stecker für den Anschuss an die Spannungsversorgung können einheitlich mit Kunststoff umspritzt sein und somit ein einstückiges Bauteil bilden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umgreift das als Bügelgehäuse gestaltete Gehäuse die Spule zumindest teilweise. Das Gehäuse ist als Bügelgehäuse ausgeführt. Somit kann ein Linearaktor bereitgestellt werden, der ein vereinfachtes Gehäuse aufweist. Das Bügelgehäuse kann U-förmig gestaltet sein - das Gehäuse umschließt somit die vom Bügelgehäuse umgebenen Elemente nicht vollständig. Erst nach Befestigung an der Grundplatte sind die aufgenommenen Elemente vollständig umschlossen; durch das Bügelgehäuse einerseits und durch die Grundplatte andererseits. Ein U-förmig gestaltetes Bügelgehäuse kann entlang der offenen Seite an der Grundplatte befestigt sein, wobei die Schenkel die Befestigungsmittel aufweisen. Bügelgehäuse und Grundplatte bilden somit die wesentlichen Elemente der tragenden Struktur. Die Grundplatte kann auch einen Teil des Magnetkreises bilden.
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Das Bügelgehäuse ist beispielsweise U-förmig gestaltet mit drei offenen Seite und zwei Stirnseiten, die ebenfalls Öffnungen aufweisen können. Eine der offenen Seiten erstreckt sich entlang der Längsseite der Spule. Erst nach Befestigung mit der Grundplatte vervollständigt sich die Struktur, die die aufgenommenen Komponenten trägt. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Bügelgehäuse als einseitig offener Bügel ausgeführt sein und den magnetischen Fluss in Verbund mit der Grundplatte leiten. Die beiden Stirnseiten sind über einen Steg verbunden, der der einen offenen Seite gegenüberliegt. Die Stirnseiten sind geschlossen, weisen aber zur Aufnahme von Joch und Polkern Öffnungen auf.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die elektromagnetische Stellvorrichtung eine Ankerführungshülse auf. Die Ankerführungshülse wird von der Spule umgriffen und ist nicht magnetisch leitfähig. Die Ankerführungshülse kann tiefgezogen aus Blech hergestellt sein. In einer Weiterentwicklung weist die elektromagnetische Stellvorrichtung einen Anker auf. Der Anker ist in der Ankerführungshülse geführt. In einer weiteren Weiterentwicklung weist die elektromagnetische Stellvorrichtung einen Polkern auf. Der Polkern ist mit der Ankerführungshülse stoffschlüssig verbunden, bildet eine Schaltpatrone und ist mit dem Bügelgehäuse verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann mittels Laserschweißen hergestellt werden. Die Verbindung mit dem Bügelgehäuse kann mittels Pressverband hergestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die elektromagnetische Stellvorrichtung ein Joch auf. Das Joch ist rohrförmig gestaltet und mit dem Bügelgehäuse verbunden. Die Verbindung kann mittels Pressverband hergestellt werden.
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Die elektromagnetische Stellvorrichtung ist für einen Einsatz in einem variablen Ventiltrieb vorgesehen. Die Gestaltung mit einer parallel zur Wirkrichtung angeordneten Grundplatte macht einen Einsatz insbesondere für elektromechanische Schlepphebel-Systeme möglich.
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Ein Ausführungsbeispiel erläutert die Erfindung anhand der folgenden Figuren:
- 1 Grundaufbau eines elektromechanischen Schaltschlepphebel-Systems;
- 2 Elektromagnetische Stellvorrichtung;
- 3 Schnittdarstellung der elektromagnetischen Stellvorrichtung aus 2;
- 4 Magnetkreis entlang Bügelgehäuse und Grundplatte;
- 5a Befestigung der elektromagnetischen Stelleinheit;
- 5b Alternative Befestigung der Spule;
- 6 Schaltpatrone.
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Die
1 zeigt den Grundaufbau eines elektromechanischen Schaltschlepphebel-Systems
1 wie er beispielsweise aus der
DE 10 2017 101 792 A1 bekannt ist. Eine Schaltleiste
2 ist an einer Grundplatte
3 angeordnet und steht mit dieser in Wirkverbindung. Der Mechanismus weist einen an der Grundplatte
3 gelagerten Winkel
4 auf, dessen Ende mit der Schaltleiste
2 in Verbindung steht. Die Schaltleiste
2 steht mit zwei Verbindungselementen
5 in Verbindung und ist verschiebbar, sodass die Schaltbolzen
6 zweier benachbarter Schlepphebel
7 betätigbar sind. Die Schaltleiste
2 wird durch eine als Linearaktuator gestaltete elektromagnetische Stellvorrichtung
8 geschaltet.
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Daraus gehen folgende Vorteile hervor: Zum einen hat die elektromagnetische Stelleinrichtung 8 bei einem der modularen Baueinheit zugeordneten Einbau keine Verlängerung des Zylinderkopfes 9 zur Folge. Dadurch kann die Einbauumgebung ohne Änderung oder mit nur leichten Anpassungen übernommen werden. Zum anderen können Module benutzt werden, die mit einer kurzen Baueinheit mit einer Schaltleiste 2, zwei Verbindungselementen 5 und einer Grundplatte 3 ausgestattet sind.
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Diese Module können im einfachsten Fall in den Deckel des Zylinderkopfes 9 eingesteckt und befestigt werden. Durch die Verringerung der Zahl angesteuerter Schlepphebel 7 kann das Modul von einer elektromagnetischen Stellvorrichtung 8 angesteuert werden, deren Aufbau grundsätzlich dem von Vorrichtungen entspricht, die beispielsweise als Elektromagnet bei Proportional- und Schaltventilen im Bereich von Nockenwellenverstellern oder anderer variabler Ventiltriebe eingesetzt werden. Die allgemeinen Anforderungen sind somit niedriger als bei einer elektromagnetischen Stellvorrichtungen, die für die Betätigung von mehr als zwei Schlepphebeln eingesetzt werden. Der Mechanismus weist einen an der Grundplatte 3 gelagerten Winkel 4 auf, dessen Ende mit der Schaltleiste 2 in Verbindung steht. Dadurch ist eine sichere Führung der Schaltleiste 2 gegeben. Die elektromagnetische Stellvorrichtung 8 ist im Wesentlichen parallel zur im Zylinderkopf gelagerten Nockenwelle 10 mit der Grundplatte 3 befestigt, die ihrerseits wiederum im Wesentlichen parallel zur Nockenwelle 10 angeordnet ist. Ein Betätigungsstift 11 der elektromagnetischen Stellvorrichtung steht dabei mit einer an der Schaltleiste 2 angeordneten Winkel 4 in Wirkverbindung. Es ergibt sich dadurch insgesamt eine sehr kompakte Baueinheit.
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2 zeigt die elektromagnetische Stellvorrichtung 8 mit einer Grundplatte 3, einem an der Grundplatte befestigten Bügelgehäuse 12 und mit einer Spule 13. Die Spule 13 ist mit Kunststoff umspritzt und somit gegen Einflüsse aus der Umgebung geschützt. Die Kunststoffumspritzung 14 ummantelt zugleich die Zuleitungen und bildet einen Stecker 15 zur Spannungsversorgung der Spule 13. Die Einheit aus Spule 13 und Stecker 15 ist an der Grundplatte 3 befestigt.
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Das Bügelgehäuse 12 wird gebildet aus zwei Stirnseiten 16, die an der Längsseite 26 über einen Steg 17 miteinander verbunden sind. Die dem Stecker 15 abgewandte Stirnseite 16 hat eine Öffnung, in die ein Polkern 18 eingepresst ist. Durch den Polkern 18 ragt ein Betätigungsstift 11. Gegenüber dem Steg 17 befindet sich die offene Seite des als Bügel 27 U-förmig gestalteten Bügelgehäuses 12.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung der elektromagnetischen Stellvorrichtung 8 aus 2 mit einer Grundplatte 3, mit einer Einheit aus Spule 13 und Stecker 15 sowie einem Bügelgehäuse 12. Das Bügelgehäuse 12 hat zwei Stirnseiten 16. Die dem Stecker abgewandte Stirnseite 16 hat eine Öffnung, in die der Polkern 18 eingepresst ist. Der Polkern 18 ist mit einer Ankerführungshülse 19 mittels Laserschweißen verbunden und bildet eine Schaltpatrone 20, die den mit dem Betätigungsstift 11 in Verbindung stehenden Anker 21 aufnimmt. Die gegenüberliegende Stirnseite 16 hat eine Öffnung, in die das Joch 22 eingepresst ist. Das Joch 22 ist als Rohr gestaltet.
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3 veranschaulicht die Vorteile gegenüber elektromagnetischen Stellvorrichtungen aus dem Stand der Technik. Erstens kann die Bauform des Jochs vereinfacht werden. Das Joch ist in unmittelbarer Nähe des Gehäuses angeordnet, wodurch das Joch als Rohr gestaltet werden kann. Zweitens ist es nicht erforderlich, die Spule mit Einlegeteilen zu gestalten - es kann daher auf Dichtungen verzichtet werden. Dichtungen können auch im Bereich zwischen Polkern 18 bzw. Schaltpatrone 20 und Spule 13 entfallen.
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Die Vorteile des Bügelgehäuses 12 werden in 4 veranschaulicht. Gezeigt ist die Grundplatte 3 mit der Einheit aus Spule 13 und Stecker 15 sowie mit dem Bügelgehäuse 12, durch deren einen Stirnseite 16 die Einheit aus Spule 13 und Stecker 15 greift. Der Magnetkreis erstreckt sich entlang des Bügelgehäuse, aber auch entlang der Grundplatte: Auf der dem Steg 17 gegenüberliegenden Seite befindet sich die offene Seite des Bügelgehäuses 12. Der Magnetkreis wird über die Grundplatte 3 geleitet, die somit die Gestaltung des Gehäuses in U-Form erst ermöglicht.
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Die 5a zeigt die elektromagnetische Stelleinheit mit der Grundplatte 3, mit der Einheit aus Spule 13 und Stecker 15 sowie mit dem Bügelgehäuse 12. An der Unterseite der Grundplatte ist gezeigt, wie das Bügelgehäuse mit der Grundplatte befestigt ist. Befestigungselemente 23 des Bügelgehäuses greifen durch Öffnungen der Grundplatte, anschließend erfolgt die Verbindung durch Formschluss. Die Verbindung erfolgt orthogonal zur Kraftrichtung und ist daher besonders beständig.
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Weiterhin ist gezeigt, wie eine Verbindung zwischen der Einheit aus Spule 13 und Stecker 15 einerseits und der Grundplatte 3 andererseits umgesetzt werden kann. Wärmekontaktnieten 24 greifen durch die Grundplatte 3 und stellen eine Verbindung her. Alternativ kann die Einheit aus Spule 13 und Stecker 15 auch mittels Stiften (nicht gezeigt) an der Grundplatte befestigt werden. Gehalten wird die Einheit nach Montage des Bügelgehäuses 12, das die Spule 13 wie in 5b gezeigt mittels Quetschrippen 25 in Position hält.
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5a und 5b zeigen die Vorteile der Einheit aus Spule 13 und Stecker 15. Die Einheit wird u.a. in unmittelbarer Nähe zum Stecker 15 an der Grundplatte 3 befestigt. Ein Befestigungspunkt 28 befindet sich in unmittelbarer Nähe zum Stecker. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Positionierung des Steckers positionstreu zur Anschlussumgebung erfolgen kann. Im Stand der Technik summieren sich bestehende Toleranzen der Bauteile zwischen der Befestigung des Spulenkörpers und der Steckereinheit zu einer Toleranzkette, die eine positionstreue Positionierung nicht ermöglicht.
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Die 6 zeigt die Schaltpatrone 20 mit dem Polkern 18, der Ankerführungshülse 19, dem Anker 21 und dem Betätigungsstift 11. Der Betätigungsstift 11 wird in eine Aufnahme des Ankers 21 eingepresst. Anschließend wird die Einheit aus Anker 21 und Betätigungsstift 11 in die Ankerführungshülse 19 eingesetzt. Zum Abschluss werden die Ankerführungshülse 19 und der Polkern 18 mittels Laserschweißen gefügt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltschlepphebel-Systems
- 2
- Schaltleisten
- 3
- Grundplatte
- 4
- Winkel
- 5
- Verbindungselement
- 6
- Schaltbolzen
- 7
- Schlepphebel
- 8
- elektromagnetische Stellvorrichtung
- 9
- Zylinderkopfes
- 10
- Nockenwelle
- 11
- Betätigungsstift
- 12
- Bügelgehäuse
- 13
- Spule
- 14
- Kunststoffumspritzung
- 15
- Stecker
- 16
- Stirnseite
- 17
- Steg
- 18
- Polkern
- 19
- Ankerführungshülse
- 20
- Schaltpatrone
- 21
- Anker
- 22
- Joch
- 23
- Befestigungselemente
- 24
- Wärmekontaktnieten
- 25
- Quetschrippen
- 26
- Längsseite
- 27
- Bügel
- 28
- Befestigungspunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017101792 A1 [0012]
