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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage und Einstellung eines Zentralmagnets für eine Nockenwellenverstellvorrichtung.
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Beispielsweise geht aus der
DE 10 2005 048 732 A1 eine elektromagnetische Stelleinheit eines hydraulischen Wegeventils hervor. Die elektromagnetische Stelleinheit umfasst einen Anker, der innerhalb eines Ankerraums axial verschiebbar angeordnet ist, und einen Polkern, der in einer Aufnahme angeordnet ist und den Ankerraum in einer Bewegungsrichtung des Ankers begrenzt. Weiterhin umfasst die elektromagnetische Stelleinheit eine Spule, die bevorzugt mit einem nicht magnetisierbaren Material umspritzt ist, sodass ein Spulenkörper ausgebildet ist. Der Anker wird in einer Gleithülse gelagert, wodurch er reibungsarm axial verschiebbar ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Montage und Einstellung eines Zentralmagnets für eine Nockenwellenverstellvorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, dass insbesondere Fertigungstoleranzen des Zentralmagnets unabhängig vom benötigten Hub sowie unabhängig von der benötigten Kraft kompensiert werden. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 sowie durch den Gegenstand von Patentanspruch 7. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Um Fertigungstoleranzen zu kompensieren sowie eine gut regelbare Steuerung der Nockenwellenverstellvorrichtung zu erzielen, wird ein ausreichend großer Hub und eine große Kraft des Aktors bei gleichzeitig geringen Kosten und minimal erforderlichem Bauraum angestrebt. Insbesondere soll ein hohes Kraftniveau des Zentralmagnets und eine für die Anforderungen optimale Kraft-Hub-Kennlinie erreicht werden. Die Kraft-Hub-Kennlinie wird beeinflusst durch die spezifische Form des jeweiligen Werkstücks innerhalb der Toleranzen, insbesondere an den Luftspalten und am Steuerkonus.
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Bei größeren Zentralmagneten und entsprechend größerem möglichen Hub steigen die negativen Einflüsse von Fertigungstoleranzen auf das System des Zentralmagnets und die Kraft-Hub-Kennlinie des Magnetankers. Anders gesagt wird die Kraft-Hub-Kennlinie des Zentralmagnets durch Fertigungstoleranzen des Zentralmagnets, insbesondere des Gehäusebauteils und des darin axial geführten Magnetankers verändert, wobei dies in einer Verkippung der Kennlinie resultieren kann. Dies hat wiederum negative Auswirkungen auf die Regelbarkeit des Zentralmagnets, insbesondere auf die Steuerung eines Volumenstroms im Zentralventil. Durch Einpressen des Polkerns in den Ankerraum kann je nach Einpressmaß die relative Position des Steuerkonus zum axialen Luftspalt des Zentralmagnets eingestellt und somit die Kraft-Hub-Kennlinie an die Anforderungen des Zentralmagnets angepasst werden.
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In diesem Sinn wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Montage und Einstellung eines Zentralmagnets für eine Nockenwellenverstellvorrichtung vorgeschlagen, umfassend die Verfahrensschritte:
- - Bereitstellen eines Gehäusebauteils, das einen Ankerraum mit einem darin aufgenommenen und axial geführten Magnetanker umfasst;
- - Einpressen eines Polkerns mittels einer Presse eines Presswerkzeugs bis zu einem Vorpressmaß in den Ankerraum;
- - Einsetzen einer Prüfspule einen Spulenraum des Gehäusebauteils, wobei durch Bestromung der Prüfspule ein magnetischer Fluss erzeugt wird, der den Magnetanker in eine axiale Verlagerung versetzt, wobei während der Bestromung der Prüfspule eine kraft- und/oder stromabhängige Wegmessung am Magnetanker durchgeführt wird;
- - Berechnung eines erforderlichen End-Einpressmaßes des Polkerns anhand der kraft- und/oder stromabhängigen Wegmessung; und
- - Nachpressen des Polkerns mittels der Presse bis zum End-Einpressmaß.
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Das Gehäusebauteil umfasst einen Ankerraum sowie einen Spulenraum. Der Ankerraum ist als eine Art Sacklochausnehmung oder -bohrung ausgebildet, wobei der Ankerraum eine nach außen hin ausgebildeten Öffnung und eine Stirnfläche an dessen Boden aufweist. Alternativ kann der Ankerraum als Durchgangsbohrung ausgebildet sein, wobei der Ankeranschlag in diesem Fall an einem weiteren Bauteil ausgebildet ist. Der Magnetanker wird zunächst in den Ankerraum axial eingeführt und ist gegenüber dem Gehäusebauteil gleitend gelagert.
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Bei der Montage des Polkerns wird das Gehäusebauteil in das Presswerkzeug einer Vorrichtung zur Montage und Einstellung des Zentralmagnets eingesetzt, welches die Presse und ein Widerlager umfasst. Das Widerlager ist ein Gegenhalter, welcher das Gehäusebauteil aufnimmt und die Presskraft der Presse abstützt. In einem ersten Schritt wird der Polkern mittels der Presse in den Ankerraum voreingepresst, und zwar bis zum Vorpressmaß. Das Vorpressmaß liegt beispielsweise dann vor, wenn der Polkern teilweise, beispielsweise etwa 1 mm axial aus dem Ankerraum hervorsteht. Das Vorpressmaß ist derart gewählt, dass unabhängig von den Anforderungen und der Ausbildung, insbesondere der Größe und Form des Zentralmagnets ein nachträgliches Nachpressen maximal zu einer im Wesentlichen waagerechten Verlauf der Kraft-Hub-Kennlinie führt. Ein steigender Verlauf der Kraft-Hub-Kennlinie ist dabei zu vermeiden.
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In einem weiteren Schritt wird die Prüfspule in den Spulenraum eingesetzt. Die Prüfspule ist vorzugsweise Teil einer Vorrichtung zur Montage und Einstellung des Zentralmagnets und hat die gleichen magnetischen Eigenschaften wie die später in den Zentralmagneten eingesetzte und während des normalen Betriebs verwendete Betriebsspule des Zentralmagnets. Die Prüfspule dient dazu, einen Realbetrieb des Zentralmagnets temporär zu simulieren, wobei durch Bestromung der Prüfspule ein magnetischer Fluss erzeugt wird, welcher den Magnetanker beeinflusst und in eine longitudinale Verlagerung relativ zum Gehäusebauteil versetzt. Währenddessen wird vorzugsweise von einer mit der Prüfspule verbundenen Prüfeinheit eine kraft- und/oder stromabhängige Wegmessung zumindest mittelbar am Magnetanker durchgeführt. Am Gehäusebauteil ist vorzugsweise ein Steuerkonus ausgebildet, der eine kennlinienbeeinflussende Kontur aufweist. Der Steuerkonus ist beim Einstell- bzw. Pressvorgang relativ zum Anker ortsfest, sodass sich die Kraft-Hub-Kennlinie mittels des erfindungsgemäßen korrigieren lässt. Der Steuerkonus kann alternativ auch am Polkern ausgebildet sein.
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Zum einen ist denkbar eine kraftabhängige Wegmessung, und zwar eine sogenannte F-s-Messung durchzuführen, anhand derer die vom Magnetanker erzeugbare Kraft in Abhängigkeit des Hubes aufgezeichnet wird. Mithin ist eine aktuelle Kraft-Hub-Kennlinie bzw. eine Ist-Kraft-Hub-Kennlinie mittels der kraftabhängigen Wegmessung ermittelbar. Alternativ kann die Wegmessung stromabhängig als sogenannte S-I-Messung erfolgen. Dabei erfolgt infolge der Betätigung der Prüfspule eine Strommessung in Abhängigkeit des Hubes des Magnetankers. Die ermittelten Messdaten können anschließend von der Prüfeinheit in eine Ist-Kraft-Hub-Kennlinie umgerechnet bzw. transformiert werden. Ferner ist eine Kombination von kraft- und stromabhängigen Wegmessungen denkbar. In diesem Sinne wird anhand der kraft- und/oder stromabhängigen Wegmessung bevorzugt eine Ist-Kraft-Hub-Kennlinie ermittelt, die mit einer Soll-Kraft-Hub-Kennlinie verglichen wird, um das erforderliche End-Einpressmaß des Polkerns zu berechnen.
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Vorzugsweise erfolgt die kraft- und/oder stromabhängige Wegmessung während der Bestromung der Prüfspule an einem fest mit dem Magnetanker verbundenen und im Polkern gleitend gelagerten Ankerpin. Der Magnetanker ist axial zwischen dem Polkern und der Stirnseite des Ankerraums angeordnet und weist vorzugsweise eine Durchführung auf, in der der Ankerpin zumindest teilweise axial- und drehfest aufgenommen ist, wobei der Ankerpin durch den Polkern hindurchgeführt ist und aus der Öffnung des Ankerraums herausragt. Anders gesagt verlagert der Ankerpin zusammen mit dem Magnetanker und kann durch axiale Verlagerung eine Messinstruments oder einer Messvorrichtung für die kraft- und/oder stromabhängige Wegmessung betätigen. Nach Einbau der Betriebsspule in den Spulenraum ist der Ankerpin dazu eingerichtet, die Nockenwelle durch axiale Verlagerung infolge der Betätigung der Betriebsspule zumindest mittelbar verstellen. Mithin weist der Polkern eine axiale Ausnehmung zur Durchführung des Ankerpins auf, in der weitere Mittel zur gleitenden Lagerung des Ankerpins vorgesehen sein können. Der Polkern kann ferner wenigstens eine weitere axiale Bohrung aufweisen, die zur Führung eines Kühl- und/oder Schmiermittels in eine zwischen dem Polkern und dem Magnetanker ausgebildete Kammer des Ankerraums eingerichtet ist.
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Durch die jeweilige Bohrung am Polkern wird während des Betriebs der Nockenwellenverstellvorrichtung Kühl- bzw. Schmiermittel in die erste Kammer gefördert, wobei das Kühl- bzw. Schmiermittel zur Kühlung bzw. Schmierung der Magnetankerlagerung dient. Die Durchführung am Magnetanker dient insbesondere dazu, in Abhängigkeit einer Bewegungsrichtung des Magnetankers einen Kühl- bzw. Schmiermittelaustausch zwischen axial vor bzw. hinter dem Magnetanker befindlichen Kammern zu realisieren.
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Bevorzugt ist ein Federelement zur kraft- und/oder stromabhängigen Wegmessung infolge des magnetischen Flusses zumindest mittelbar am Magnetanker angeordnet. Das Federelement ist ferner mit einer Prüfeinheit verbunden, die die Wegmessung und die dazugehörige Auswertung sowie die Berechnung des End-Einpressmaßes durchführt. Anhand der Änderung der Federspannung oder der Länge des Federelements ist eine Wegmessung des Magnetankers in Abhängigkeit einer wirkenden Kraft oder in Abhängigkeit eines fließenden elektrischen Stroms durch die Spule möglich. Insbesondere ist das Federelement am Ankerpin zumindest mittelbar anliegend, sodass die Messung vorteilhafterweise außerhalb des Zentralmagnets durchgeführt werden kann.
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Anhand der kraft- und/oder stromabhängigen Wegmessung, aus der während der Bestromung der Prüfspule eine Ist-Kraft-Hub-Kennlinie ermittelt wird, wird von der Prüfeinheit ein erforderliches End-Einpressmaß des Polkerns berechnet. Die Ist-Kraft-Hub-Kennlinie, kann eine Verkippung und/oder eine ungewünschte bzw. ungünstige Steigung aufweisen, welche sich negativ auf die Steuerbarkeit des Zentralmagnets auswirkt. Durch Nachpressen des Polkerns bis auf das errechnete End-Einpressmaß erfolgt eine Korrektur der Kraft-Hub-Kennlinie bzw. einer Kennlinienverkippung. Insbesondere ist durch das Nachpressen des Polkerns möglich, stark fallende Kennlinien zu einer flach fallenden Kennlinie zu korrigieren. Durch die Korrektur der jeweiligen Kennlinie wird ein Ausschuss von Zentralmagneten während des Herstellungsprozess reduziert.
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Ferner bevorzugt beruht die Berechnung des erforderlichen End-Einpressmaßes des Polkerns auf wenigstens einer vorab definierten Soll-Kraft-Hub-Kennlinie. Die Ist-Kraft-Hub-Kennlinie wird mit einer oder mehreren vorher definierten Soll-Kraft-Hub-Kennlinien verglichen, woraus ein Nachpressmaß errechnet wird. Die jeweilige Soll-Kraft-Hub-Kennlinie kann auf vorher angefertigten Tests oder Simulationen basieren, aus denen eine optimale Kraft-Hub-Kennlinie für den Zentralmagnet definiert wird.
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Vorzugsweise erfolgt die Berechnung eines End-Einpressmaßes mit nachgehendem Nachpressen nur einmalig. Dies setzt voraus, dass die jeweilige Soll-Kraft-Hub-Kennlinie möglichst genau bestimmt und die Ist-Kraft-Hub-Kennlinie an wenigstens geeigneten Punkten ausgewertet wurden. Geeignete Punkte zur Auswertung der Ist-Kraft-Hub-Kennlinie sind beispielsweise in der Nähe der Hubenden des Magnetankers, beispielsweise 1 mm vor jedem Hubende. Je mehr Punkte zur Auswertung herangezogen werden, desto genauer kann die Auswertung erfolgen. Dazu wird bevorzugt eine Regressionsgerade gebildet, um Unregelmäßigkeiten, die beispielsweise durch Oberflächenrauigkeiten auftreten können, zu kompensieren. Ferner kann ein Auswertungsstrom analog zu einer späteren Anwendung des Zentralmagneten in der Amplitude, vorzugsweise mit 100 Hz zu modulieren, um eine Beeinflussung des Zentralmagnets durch Oberflächenrauigkeiten zu verhindern.
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Bevorzugt erfolgt das Nachpressen des Polkerns bis zum End-Einpressmaß iterativ. Mithin ist das End-Einpressmaß iterativ einstellbar. Dies bedeutet, dass die Schritte des Einpressens des Polkerns, der Ermittlung der Ist-Kraft-Kennlinie sowie der Berechnung des Einpressmaßes anhand der Ist-Kraft-Kennlinie mehrfach erfolgt, sodass mehrere Korrekturen der Kraft-Hub-Kennlinie durchgeführt werden und eine bessere Annäherung der Ist-Kraft-Hub-Kennlinie an eine optimale Soll-Kraft-Hub-Kennlinie erfolgt. Mit anderen Worten wird in den Zwischenschritten kein absolutes End-Einpressmaß ermittelt, sondern lediglich ein Zwischen- oder Näherungs-Einpressmaß.
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Nach dem Erreichen des End-Einpressmaßes, sei es durch einmaliges Nachpressen oder durch die iterative Annäherung an das End-Einpressmaß, erfolgt die Endmontage des Zentralmagnets, bei dem die Prüfspule aus dem Spulenraum entfernt und eine Betriebsspule in den Spulenraum eingeführt und darin montiert wird. Ferner wird der Spulenraum abgedichtet und die Betriebsspule mit weiteren Mitteln zur Steuerung, Messung und/oder Betätigung der Betriebsspule verbunden. In diesem Sinn wird nach dem Nachpressen des Polkerns eine Betriebsspule in den Spulenraum ortsfest angeordnet. Die Betriebsspule kann beispielsweise durch Einpressen, Kleben, Bördeln, Rollieren, Clinchen und/oder Umspritzen am Gehäusebauteil angeordnet werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Montage und Einstellung eines Zentralmagnets für eine Nockenwellenverstellvorrichtung, umfassend ein Presswerkzeug mit einer Presse und einem Widerlager zur Aufnahme eines Gehäusebauteils, das einen Ankerraum mit einem darin aufgenommenen und axial geführten Magnetanker umfasst; wobei mittels der Presse ein Polkern bis zu einem Vorpressmaß in den Ankerraum einpressbar ist, wobei eine Prüfspule in einen Spulenraum des Gehäusebauteils einsetzbar ist, wo durch Bestromung der Prüfspule ein magnetischer Fluss erzeugbar ist, der den Magnetanker in eine axiale Verlagerung versetzt, wobei durch Bestromung der Prüfspule eine kraft- und/oder stromabhängige Wegmessung am Magnetanker durchführbar ist, anhand derer ein erforderliches End-Einpressmaß des Polkerns ermittelbar ist, und wobei der Polkern mittels der Presse bis zum End-Einpressmaß einpressbar ist.
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Vor der Montage des Polkerns in den Ankerraum wird das Gehäusebauteil im Presswerkzeug eingespannt, wobei das Widerlager der Vorrichtung in den Spulenraum eingeführt und von einer axialen Seite am Gehäusebauteil zur Anlage kommt. Demgegenüber wird die Presse von der gegenüberliegenden axialen Seite an das Gehäuse herangeführt, wobei wenigstens die Presse, vorzugsweise die Presse und das Widerlager koaxial zum Gehäusebauteil ausgerichtet sind. Die Presse kommt am Polkern zur Anlage, der entweder bereits händisch in den Ankerraum eingesteckt ist oder der zunächst auf den Pressenkopf aufgesetzt wird und anschließend bis zum Vorpressmaß bzw. bis zum End-Einpressmaß in den Ankerraum eingefügt wird. Dabei stützt sich das Gehäusebauteil am Widerlager axial und gegebenenfalls radial ab.
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Vorzugsweise sind das Widerlager und die Prüfspule auf einer gemeinsamen Anordnung angeordnet. Damit Arbeitsschritte zur Montage und Einstellung des Zentralmagnets minimiert werden und der Montageprozess verkürzt wird, ist die Prüfspule bereits am Widerlager angeordnet, und zwar derart, dass wenn sich das Gehäusebauteil am Widerlager im Wesentlichen axial abstützt, die Prüfspule in derjenigen Position angeordnet ist, in der sich die später eingebaute Betriebsspule befinden wird. Die genaue Position der Spule im Widerlagerwerkzeug kann jedoch auch zur optimierten Auslegung hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit abweichen, da dies keinen relevanten Einfluss auf den magnetischen Fluss im Werkstück hat.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Bauteile mit demselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Zentralmagnets gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vor einer Montage eines Polkerns in einen Ankerraum eines Gehäusebauteils,
- 2 eine schematische Längsschnittdarstellung des Zentralmagnets gemäß 1 während der Montage des Polkerns in den Ankerraum des Gehäusebauteils bis zu einem Vorpressmaß,
- 3 eine schematische Längsschnittdarstellung des Zentralmagnets gemäß den 1 und 2 nach der Montage des Polkerns und nach dem Einsetzen einer Prüfspule in einen Spulenraum des Gehäusebauteils,
- 4 eine schematische Längsschnittdarstellung des Zentralmagnets gemäß den 1 bis 3 während eines Nachpressens des Polkerns bis zu einem End-Einpressmaß,
- 5 eine schematische Längsschnittdarstellung des Zentralmagnets gemäß einer alternativen Ausführungsform,
- 6 eine schematische Längsschnittdarstellung des Zentralmagnets gemäß den 1 bis 5 nach einer Endmontage,
- 7 ein erstes Diagramm zur Veranschaulichung beispielhafter Kraft-Hub-Kennlinien des Zentralmagnets,
- 8 ein zweites Diagramm zur Veranschaulichung beispielhafter Kraft-Hub-Kennlinien des Zentralmagnets, und
- 9 ein drittes Diagramm zur Veranschaulichung beispielhafter Kraft-Hub-Kennlinien des Zentralmagnets.
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Die 1 bis 6 zeigen einen Zentralmagnet 1 für eine - hier nicht dargestellten - Nockenwellenverstellvorrichtung zu unterschiedlichen Zeitpunkten eines Montage- und Einstellungsprozesses. Der Zentralmagnet 1 umfasst eine in einem Ankerraum 3 eines Gehäusebauteils 2 aufgenommenen und darin axial geführten Magnetanker 4. Der Magnetanker 4 weist eine Durchführung 13 auf, in der ein axial- und drehfest damit verbundener Ankerpin 9 teilweise aufgenommen ist, wobei zwischen dem Innendurchmesser der Durchführung 13 und dem Außendurchmesser des Ankerpins 9 ein radialer Spalt zur Durchführung eines Kühl- oder Schmiermittel ausgebildet ist.
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Der Ankerpin 9 ragt, wie in 1 zu sehen ist, aus einer Öffnung 14 des Ankerraums 3 heraus, wobei ein Polkern 5 für dessen Montage auf den Ankerpin 9 aufgefädelt wird und das Gehäusebauteil 2 in ein - hier nicht näher gezeigtes - Presswerkzeug einer Vorrichtung zur Montage und Einstellung des Zentralmagnets 1 eingesetzt wird. Das Presswerkzeug umfasst eine Presse 6 und ein Widerlager 10, wobei das Gehäusebauteil 2 axial zwischen der Presse 6 und dem Widerlager 10 angeordnet ist. Das Widerlager 10 ist in einen Spulenraum 8 des Gehäusebauteils 2 axial eingeführt, wobei das Widerlager 10 die durch die Presse 6 erzeugte Presskraft aufnimmt und ableitet. Die Presse 6 kommt von der axial gegenüber liegenden Seite am Polkern 5 axial zur Anlage, wobei der Polkern mittels der Presse 6 bis zu einem Vorpressmaß in den Ankerraum 3 eingepresst wird. Das Vorpressmaß ist vorliegend dann gegeben, wenn der Polkern 5 etwa 1 mm über die Stirnseite 15 des Gehäusebauteils 2 hervorsteht. Dies ist in 2 gezeigt.
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Nachdem der Polkern 5 bis zum Vorpressmaß in den Ankerraum 3 eingepresst wurde, wird das Widerlager 10 aus dem Spulenraum 8 entfernt und eine Prüfspule 7 in den Spulenraum 8 des Gehäusebauteils 2 eingesetzt. Die Prüfspule 7 ist an einer solchen Position angeordnet, an der nach einer Endmontage des Zentralmagnets 1 eine - in 5 gezeigte - Betriebsspule 11 angeordnet wird. Die Prüfspule 7 enthält neben den - hier nicht näher dargestellten - stromführenden Wicklungen ein Joch 19 aus weichmagnetischem Material, z. B. aus ferritischem Stahl, um den magnetischen Kreis der Prüfspule 7 zu schließen. Die Spaltmaße zwischen dem Joch 19 und dem Gehäusebauteil 2 sind möglichst klein ausgebildet. Bevorzugt weist das Joch 19 eine enge Spielpassung auf. Dazu ist das Joch 19 axial in den Spulenraum 8 eingepresst und stützt sich somit radial am Gehäusebauteil 2 ab. Alternativ kann das Joch 19 axial am Gehäusebauteil 2 zur Anlage kommen.
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Die Prüfspule 7 wird bestromt, sodass ein magnetischer Fluss erzeugt wird, der den zumindest teilweise aus einem magnetischen Material bestehenden Magnetanker 4 in eine axiale Verlagerung versetzt. Damit wird ein Echtbetrieb des Zentralmagnets 1 simuliert, wobei während der Bestromung der Prüfspule 7 und einer damit einhergehenden longitudinalen Verlagerung des Magnetankers 4 eine kraft- und/oder stromabhängige Wegmessung am Magnetanker 4 durchgeführt wird. Vorliegend ist am Ankerpin 9 ein Federelement 12 axial angeordnet, das mit einer - hier nicht gezeigten - Messeinrichtung in Verbindung steht, um die kraft- und/oder stromabhängige Wegmessung infolge des magnetischen Flusses am Magnetanker 4 durchzuführen. Mithin wird die kraft- und/oder stromabhängige Wegmessung während der Bestromung der Prüfspule 7 an einem fest mit dem Magnetanker 4 verbundenen und im Polkern 5 gleitend gelagerten Ankerpin 9 durchgeführt.
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Anhand der Wegmessung wird durch eine - hier nicht gezeigte - Prüfeinheit ein erforderliches End-Einpressmaß des Polkerns 5 berechnet, wobei der Polkern 5, wie in 4 dargestellt ist, um die Differenz zwischen dem Vorpressmaß und dem End-Einpressmaß präzise nachgepresst wird. Dazu wird die Prüfspule 7 vorher aus dem Spulenraum 8 entfernt und das Widerlager 10 erneut eingesetzt. Die Berechnung des End-Einpressmaßes mittels Wegmessung wird anhand der 7 bis 10 näher erläutert.
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Um die Verfahrensschritte zur Montage und Einstellung des Zentralmagnets 1, insbesondere das Einsetzen und Entfernen des Widerlagers 10 und der Prüfspule 7 auf ein Minimum zu reduzieren, können das Widerlager 10 und die Prüfspule 7 auf einer gemeinsamen Anordnung angeordnet sein, wie in 5 dargestellt ist. In diesem Fall ist das Widerlager 10 aus einem nicht-magnetischen Material, beispielsweise einem austenitischen Stahl ausgebildet, um die Wegmessung nicht zu beeinflussen.
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Gemäß 6 erfolgt nach dem Nachpressen des Polkerns 5 eine Endmontage des Zentralmagnets 1. Dabei wird das Widerlager aus dem Spulenraum 8 entfernt und die Betriebsspule 11 eingesetzt und ortsfest angeordnet. Vorliegend wird die Betriebsspule 11 mittels einer Presspassung zwischen einer Jochscheibe 26 und dem Gehäusebauteil 2 axialfest angeordnet, wobei sich die Jochscheibe 26 radial am Gehäusebauteil 2 abstützt. Des Weiteren wird ein Deckel 16 dazu genutzt, das Gehäusebauteil 2 und insbesondere den Spulenraum 8 abzudichten.
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Nach den 7 bis 9 sind verschiedene Diagramme dargestellt, wobei gemäß den 7 und 8 jeweils zwei Kraft-Hub-Kennlinien dargestellt sind. 9 zeigt fünf Kraft-Hub-Kennlinien die fünf verschiedene Situationen des Zentralmagnets 1 exemplarisch beschreiben. An der Ordinate 17 ist eine aus der Betätigung des Magnetankers 4 resultierende und am Federelement 12 wirkende Kraft eingetragen, wobei an der Abszisse 18 ein Weg eingetragen ist, den der Magnetanker 4 durch Betätigung der Prüfspule 7 bzw. der Betriebsspule 11 zurücklegt. Mithin ist an der Abszisse 18 der Hub des Magnetankers 4 eingetragen.
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Gemäß 7 werden zwei Kraft-Hub-Kennlinien des Zentralmagnets 1 exemplarisch dargestellt, und zwar zum einen ein Ist-Zustand des Zentralmagnets 1 nach Einpressen des Polkerns bis zum Vorpressmaß und zum anderen ein Soll-Zustand des Zentralmagnets 1, bei dem eine optimale Funktion des Zentralmagnets 1 gewährleistet ist.
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Nachdem der Polkern 5 bis zum Vorpressmaß in den Ankerraum 3 eingepresst wurde und die Prüfspule 7 mit elektrischem Strom betätigt wird und der Magnetanker 4 infolge des wirkenden magnetischen Flusses innerhalb des Ankerraums 3 axial verlagert, wird mittels der Prüfeinheit der Vorrichtung zur Montage und Einstellung des Zentralmagnets 1 vorliegend eine kraftabhängige Wegmessung des Magnetankers 4 durchgeführt und anhand dessen eine erste Kraft-Hub-Kennlinie 20 ermittelt. Die bewusst ungünstig gewählte axiale Position des Polkerns 5 am Vorpressmaß führt zum Ende des Hubs, hier auf der rechten Seite des Diagramms gezeigt, zu einer Verkippung der Kraft-Hub-Kennlinie 20, und zwar nach unten. Die Verkippung nach unten kann bei einer ungünstigen Toleranzlage des Zentralmagnets 1 auftreten, insbesondere bei großen Spaltmaßen. Eine Verkippung nach oben kann wiederum auftreten, wenn die Spaltmaße aufgrund geringer vorliegender Toleranzen vergleichsweise klein sein. Eine solche jeweilige Verkippung ist beispielhaft an den zwei Kraft-Hub-Kennlinien 20, 25 gemäß 9 gezeigt.
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Die erste Kraft-Hub-Kennlinie 20 ist somit eine Ist-Kraft-Hub-Kennlinie des Zentralmagnets 1, die ermittelt wird, wenn der Polkern 5 am Vorpressmaß vorliegt. Ein solche Kraft-Hub-Kennlinie ist in der Praxis unerwünscht, da eine Steuerung des Zentralmagnets 1 zur Betätigung einer Nockenwellenverstellvorrichtung erschwert wird oder eine Betätigung der Nockenwellenverstellvorrichtung gar nicht möglich ist. Der Zentralmagnet 1 ist stets derart ausgelegt, dass er bei Toleranzlage des Zentralmagnets 1 für die kleinsten Spaltmaße mit Voreinpressmaß und bei Toleranzlage für die größten Spaltmaße mit vollem Nachpressmaß höchstens eine waagerechte Kraft-Hub-Kennlinie erreicht. Damit wird erreicht, dass spätestens bei Erreichen des maximalen Einpressmaßes, insbesondere wenn die Außenfläche des Polkerns 5 bündig mit der Stirnfläche 15 des Gehäusebauteils 2 ist, eine im Wesentlichen waagerechte Kraft-Hub-Kennlinie eingestellt wird.
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Die Prüfeinheit der Vorrichtung umfasst eine Datenbank, auf der eine oder mehrere Soll-Kraft-Hub-Kennlinien hinterlegt sind. Die Soll-Kraft-Kennlinie wird vorab durch Test oder Simulationen ermittelt und definiert, wobei die dazugehörigen Daten auf der Datenbank hinterlegt und abrufbar sind. Die jeweilige Soll-Kraft-Hub-Kennlinie, hier als zweite Kraft-Hub-Kennlinie 21 dargestellt, wird mit der Ist-Kraft-Hub-Kennlinie verglichen, wobei die Prüfeinheit anhand des Vergleichs der Ist-Kraft-Hub-Kennlinie mit der Soll-Kraft-Hub-Kennlinie ein End-Einpressmaß berechnet und gegebenenfalls ausgibt. Der Polkern 5 ist anschließend um den Betrag bis zum End-Einpressmaß nachpressbar, um den Zentralmagnet 1 mit der gewünschten Kraft-Hub-Kennlinie betreiben zu können. Die zweite Kraft-Hub-Kennlinie 21, also die Soll-Kraft-Kennlinie ist vorliegend nach einer Anfangsrampe im Wesentlichen waagerecht ausgebildet, sodass eine möglichst gleichbleibende Kraft möglichst über den gesamten Hub realisiert wird. Auch eine leicht fallende Kennlinie ist denkbar. Dadurch wird ein sicheres Schalten des Zentralmagnets 1 ermöglicht. Mithin wird anhand des vorliegenden Verfahrens ein Korrigieren der Kraft-Hub-Kennlinie ermöglicht, wodurch der Ausschuss reduziert wird und für jeden Zentralmagnet 1 die jeweiligen Fertigungstoleranzen berücksichtigt werden können.
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Anhand der Ist-Kraft-Hub-Kennlinie und unter Berücksichtigung der Soll-Kraft-Kennlinie wird folglich das End-Einpressmaß berechnet und der Polkern 5 entsprechend nachgepresst, bis er am End-Einpressmaß vorliegt. Um sicher zu gehen, dass am End-Einpressmaß die Ist-Kraft-Hub-Kennlinie der Soll-Kraft-Kennlinie entspricht, oder ob gegebenenfalls ein neues End-Einpressmaß ermittelt werden muss, kann die Prüfspule 7 erneut in den Spulenraum 8 eingesetzt werden und eine Ermittlung einer zweiten Ist-Kraft-Hub-Kennlinie erfolgen, woraus ein weiteres End-Einpressmaß ermittelt wird, das durch erneutes Nachpressen erreicht werden soll. Mit anderen Worten kann das Nachpressen des Polkerns 5 bis zum End-Einpressmaß iterativ erfolgen.
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In 8 ist ein Optimalfall eines Montage- und Einstellprozesses visuell dargestellt, bei dem analog zu 7 zwei Kraft-Hub-Kennlinien 20, 21 abgebildet sind. Im vorliegenden Fall liegen diese jedoch übereinander. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn durch Vorliegen der kleinstmöglichen Spaltmaße im Werkstück bedingt durch ein zufälliges Zusammentreffen der entsprechenden Toleranzlagen schon beim Vorpressmaß die Sollkennlinie erreicht wird. Bei der Ermittlung der Ist-Kraft-Hub-Kennlinie während der Bestromung der Prüfspule 7 wird dann ermittelt, dass das erforderliche End-Einpressmaß bereits erreicht ist und ein Nachpressen nicht mehr erforderlich ist, bzw. das Nachpressmaß 0 beträgt. Mithin unterscheiden sich die Ist-Kraft-Hub-Kennlinie und die Soll-Kraft-Hub-Kennlinie also die beiden Kraft-Hub-Kennlinien 20, 21 nicht.
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9 zeigt, wie bereits zuvor beschrieben, zwei Kraft-Hub-Kennlinien 20, 25, die bei zu geringen bzw. zu großen Spaltmaßen auftreten können und Verkippungen nach oben bzw. unten an ihren Enden, vorliegend auf der rechten Seite des Diagramms aufweisen. Die mittlere dritte Kraft-Hub-Kennlinie 22 entspricht der Mitteltoleranz, die durch die Einstellung des Zentralmagnets 1 angestrebt wird. Diese entspricht im Wesentlichen dem Kennlinienverlauf der jeweiligen zweiten Kennlinie 21 gemäß den 7 und 8. Je nachdem, wie die Spaltmaße des Zentralmagnets 1 ausgeprägt sind, kann ein Nachpressen des Polkerns 5 zu einer Parallelverschiebung der Kraft-Hub-Kennlinie führen. Mit anderen Worten kann bei relativ großen Spaltmaßen ein Nachpressen des Polkerns 5 zu einer Parallelverschiebung der Kraft-Hub-Kennlinie nach unten hin zu einer vierten Kraft-Hub-Kennlinie 23 führen. Dabei wird zwar mit dem Zentralmagnet 1 ein geringeres Kraftniveau erreicht, jedoch wird ein Verkippen der Kennlinie 23 im Gegensatz zur ersten Kennlinie 20 vermieden und eine sichere Funktion des Zentralmagnets 1 wird sichergestellt. Demgegenüber kann bei relativ kleinen Spaltmaßen ein Nachpressen des Polkerns 5 zu einer Parallelverschiebung der Kraft-Hub-Kennlinie nach oben hin zu einer fünften Kraft-Hub-Kennlinie 24 führen. Dabei wird das Kraftniveau erhöht und gleichzeitig ein Verkippen der Kennlinie 24 im Gegensatz zur zweiten Kennlinie 21 verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zentralmagnet
- 2
- Gehäusebauteil
- 3
- Ankerraum
- 4
- Magnetanker
- 5
- Polkern
- 6
- Presse
- 7
- Prüfspule
- 8
- Spulenraum
- 9
- Ankerpin
- 10
- Widerlager
- 11
- Betriebsspule
- 12
- Federelement
- 13
- Durchführung
- 14
- Öffnung des Ankerraums
- 15
- Stirnseite des Gehäusebauteils
- 16
- Deckel
- 17
- Ordinate
- 18
- Abszisse
- 19
- Joch
- 20
- Erste Kraft-Hub-Kennlinie
- 21
- Zweite Kraft-Hub-Kennlinie
- 22
- Dritte Kraft-Hub-Kennlinie
- 23
- Vierte Kraft-Hub-Kennlinie
- 24
- Fünfte Kraft-Hub-Kennlinie
- 25
- Sechste Kraft-Hub-Kennlinie
- 26
- Jochscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005048732 A1 [0002]
