DE202009004611U1

DE202009004611U1 - Elektromagnetische Nockenwellen-Verstellvorrichtung

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Publication number: DE202009004611U1
Application number: DE202009004611U
Authority: DE
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2019-04-04
Also published as: US8402934B2; ATE527437T1; EP2252774B1; US20120031362A1; WO2010112162A1; CN102369341A; EP2252774A1; CN102369341B

Abstract

Elektromagnetische Nockenwellen-Verstellvorrichtung mit einer durch Bestromung einer stationären Spuleneinheit (46, 48) relativ zu einer Joch- und Kerneinheit (54, 56) bewegbaren Ankereinheit (50, 52), die zum Durchführen einer axialen Stellbewegung und zum Ausüben einer entsprechend axial gerichteten Stellkraft auf eine rotierende Verbrennungsmotor-Nockenwelle mittels einer mit der Ankereinheit zusammenwirkenden Schiebereinheit (62) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Joch- und Kerneinheit relativ zur Spuleneinheit rotierbar gelagert ist und eine Aufnahme für die in der Joch- und Kerneinheit axial bewegbar geführte Ankereinheit (50, 52) mit fest daran ansitzender Schiebereinheit (62) anbietet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 20 2008 013 654 der Anmelderin bekannt und beschreibt eine an einer Stirnseite einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors vorgesehene Vorrichtung, welche in axialer Position zu dieser Motornockenwelle steht und als Reaktion auf eine Bestromung der stationären Spuleneinheit sowie durch das dadurch bewirkte Bewegen der Ankereinheit eine Axialbewegung der Nockenwellenverstellung (genauer: eines Ventilschiebers) bewirkt.
Vorteilhaft bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung ist die mittels der Lauf- bzw. Lagerkugel am Stößelende des Ankerstößels gegebene Möglichkeit, verschleißarm etwaige Nockenwellenbewegungen aufnehmen zu können, so dass eine derartige mechanische Vorgehensweise sich in der praktischen Realisierung bewährt hat.
Diese angenommene Ausgangssituation für die vorliegende Erfindung wird anhand der 3 verdeutlicht: Eine aus einem axialen Ankerstößel 10 und einem becherförmigen Ankerabschnitt 12 gebildete Ankereinheit ist in axialer Richtung beweglich zu einer stationären Spuleneinheit 14 (Wicklung auf Spulenträger) geführt; zum Ausbilden des magnetischen Kreises ist zwischen der beweglichen Ankereinheit und der stationären Spuleneinheit 14 eine Joch-Kern-Einheit, bestehend aus einem Jochabschnitt 16 und einem daran einstückig ansitzenden Kernabschnitt 18, gebildet, wobei die Einheit 16, 18 einstückig mit einem sich doppelt-konisch verjüngen den Übergangsabschnitt 20 ausgebildet ist; Zweck dieses Übergangsabschnitts ist einerseits, beide Einheiten 16, 18 einstückig und damit zueinander zentriert auszubilden, andererseits (durch die reduzierte Dicke) eine schnelle Sättigung des magnetischen Flusses zu bewirken, mithin also beide Elemente 16, 18 magnetisch weitgehend voneinander zu trennen.
In der in der DE 20 2008 013 654 gezeigten Weise ist eingriffsseitig am Anker in einer Ausnehmung 22 eine Kugel 24 rollbar gelagert, welche in der gezeigten Weise Querbewegungen bzw. auch axialen Versatz der zusammenwirkenden Nockenwelleneinheit 26 aufnehmen kann; diese, bestehend aus einem durch die Ankereinheit in axialer Richtung (d. h. in der Figur abwärts) verstellbaren Ventilschieber (Ventilschiebereinheit) 28, einem diese radial umgebenden Ventilgehäuse 30 sowie einer (mit der Nockenwellendrehzahl rotierenden) Nockenwelle 32, ist über eine endseitig eingepresste Kappe 34 mit der Kugel 24 und damit mit der Ankereinheit verbunden. Die Joch-Kern-Einheit 16, 18, die Spuleneinheit 14 sowie das umgebende Gehäuse 36 sind am Motorblock stationär vorgesehen; die Ankereinheit 10 ist lediglich in axialer Richtung verschiebbar gelagert, wobei die Kugel 24 eine Rotationsbewegung der Nockenwelleneinheit aufnimmt.
Während eine solche Vorrichtung insbesondere im Hinblick auf Bewegungs- und Fertigungstoleranzen vorteilhaft ist, fällt gleichwohl die große (axiale) Baulänge dieser Einheit häufig negativ ins Gewicht; zusätzlich kommt der mit der Montage und der Ausgestaltung des (separaten) Lagers zwischen elektromagnetischer Stellvorrichtung und Nockenwelleneinheit gegebene konstruktive Aufwand.
Insbesondere im Zusammenhang mit beengten Platzverhältnissen am Einbauraum entsteht daher der Bedarf, die axiale Länge (Baulänge) einer gattungsgemäßen Vorrichtung zu verringern, um insoweit auch weiter beengten Einbauverhältnissen gerecht zu werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine elektromagnetische Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs im Hinblick auf ihre axiale Baulänge zu verringern, gleichzeitig den konstruktiven und Montageaufwand zu verringern.
Die Aufgabe wird durch die elektromagnetische Nockenwellen-Verstellvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist zunächst die Joch- und Kerneinheit (auch Joch-Kern-Einheit) relativ zur Spuleneinheit rotierbar (d. h. um die axiale Richtung herum rotierbar) gelagert, wobei darin die Ankereinheit mit fest daran ansitzender Schiebereinheit geführt ist. Dies ermöglicht vorteilhaft, dass die Ankereinheit samt umgebender Joch-Kern-Einheit mit der Nockenwelle rotieren kann, dabei die Joch-Kern-Einheit mantelseitig nach außen durch ein Radiallager abgestützt wird.
Damit kann zunächst in vorteilhafter Weise die axiale Baulänge minimiert werden, denn gemäß der Erfindung ist es nunmehr möglich, die Ventilschiebereinheit (Schiebereinheit) unmittelbar in bzw. an die Ankereinheit zu integrieren, insoweit eine feste Verbindung zwischen Ankereinheit und Stellelement der Nockenwellenverstellung herzustellen.
Die etwa in Form der Kombination aus Kappe (Bezugszeichen 34 in 3) und Kugel (24) gebildete Lagerung wird dabei überflüssig.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß und vorteilhaft möglich, die Joch- und Kerneinheit mantelseitig an einem (ohnehin vorhandenen) Gehäuseabschnitt abzustützen, und zwar bevorzugt an einem Innenwandbereich des Gehäuses (zweiter stationärer Gehäusewandabschnitt), welcher die stationäre Spuleneinheit umgibt.
Wird dann, wie zusätzlich weiterbildungsgemäß vorgesehen, die Joch- und Kerneinheit einstückig ausgebildet, weiter vorteilhaft und weiterbildungsgemäß durch ein aufzutragendes (aufzuschweißendes) nicht magnetisches Material im Übergangsbereich verstärkt und dann zusätzlich dieses Übergangsbereichsmaterial benutzt, um die Einheit in Form eines Axiallagers gegen einen weiteren (ersten) Gehäuseabschnitt abzustützen, ist eine hochgradig belastbare, sehr einfach herstellbare und im Herstellungs- und Montageaufwand minimierte Vorrichtung geschaffen.
Dabei ist es im Rahmen bevorzugter Realisierungsformen der Erfindung einerseits möglich, das Radiallager zwischen Joch- und Kerneinheit einerseits und der stationären Gehäusewand andererseits in Form eines Gleitlagers auszugestalten, welches (zum Verhindern eines magnetischen Schlusses) geeignet mit einem nicht magnetischen Material, z. B. mittels Auftragen durch Auftragsschweißen, beschichtet ist, so dass auch hier der Aufwand minimiert werden kann. Andererseits, im Rahmen einer ergänzten oder alternativen Realisierungsform der Erfindung, kann dieses Radiallager durch eine Lagerbuchse oder dergleichen zusätzliches mechanisches Element, welches geeignet und vorteilhaft auch aus unmagnetischem Material realisiert ist, umgesetzt werden.
Im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung ist die Schiebereinheit (Ventilschieber) fest ansitzend an der Ankereinheit (z. B. durch eine geeignete Presspassung) aus unmagnetischem Material realisiert und beeinflusst daher nicht die Funktionsweise des eigentlichen elektromagnetischen Stellabschnitts im Zusammenwirken zwischen Anker und Jochkern. Im Ergebnis ist mit der vorliegenden Erfindung unter deutlicher Reduzierung des Bauteilaufwandes, gleichzeitig mit der Möglichkeit der Minimierung der axialen Erstreckung (insbesondere von der Stirnseite der Nockenwellenanordnung ab) ein Weg geschaffen worden, die Problematik kompakten Einbauraums mit größtmöglicher Zuverlässigkeit, einfacher Herstell- und Montierbarkeit zu kombinieren.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
1: eine schematische Längsschnittansicht durch die elektromagnetische Nockenwellen-Verstellvorrichtung gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2: eine Darstellung analog 1 einer zweiten Ausführungsform, jedoch mit einem mittels einer separaten Lagerbuchse realisierten Radiallager und
3: eine Darstellung einer Vorrichtung zur Verdeutlichung der zum Oberbegriff herangezogenen Technologie.
So verdeutlicht das Ausführungsbeispiel der 1 ein ringartig mit einem äußeren Ringflansch 40 umlaufendes Gehäuse 42, welches eine innere, hohlzylindrische Gehäusewand 44 ausbildet, welche sich einen vorbestimmten Abschnitt entlang der axialen Richtung x erstreckt. Im Inneren des ringförmigen Gehäuseabschnitts ist in ansonsten bekannter Weise auf einer Spulenträgereinheit 46 eine Spule 48 vorgesehen, welche in ansonsten bekannter Weise zum Bewegen der Ankereinheit 50 in axialer Richtung bestromt werden kann.
Die Ankereinheit, im beschriebenen Ausführungsbeispiel becherförmig mit einem im Durchmesser verjüngten Eingriffsabschnitt 52 ausgestaltet, ist in ansonsten bekannter Weise, z. B. unter Zwischenschaltung eines Ankerführungsrohres (nicht gezeigt) oder einer magnetisch nicht leitenden Beschichtung (nicht gezeigt) in einer Joch- und Kerneinheit axial geführt, welche aus einer oberen Jocheinheit 54 sowie einer unteren Kerneinheit 56 besteht. Beide Einheiten 54, 56 sind, vgl. 3, in doppel-konusförmiger Art in Richtung auf einen axialen Übergangsabschnitt verjüngt, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel eine mechanische Verstärkung in Form einer Aufschweißung aus nicht magnetischem Material 58 (genauer: CuZn) vorgesehen ist.
Wie die 1 verdeutlicht, ist dieses Material aufgetragen und nachfolgend durch Abdrehen nachbearbeitet worden, um in radialer Richtung in den von der unteren offenen Gehäusewand 54 sowie dem Spulenkörper 56 gebildeten Freiraum einzupassen, gleichzeitig, im Kontakt mit einem unteren, scheibenförmigen Gehäusedeckel 60, ein Gleitlager (als Axiallager) auszubilden: Gemäß der Erfindung ist nämlich die Einheit, bestehend aus Anker 50, 52, daran ansitzender Ventilschiebereinheit (Schiebereinheit) 62, Joch- und Kerneinheit 54, 56, 58, drehbar (rotierbar) innerhalb der hohlzylindrisch umlaufenden Vertikalwand 44 des Gehäuses geführt, so dass die Einheit mit der Umdrehung der Nockenwelle 32 umlaufen kann; dabei würde dann, bei Bestromung der Spuleneinheit 46, 48, eine Vorschubbewegung der Ankereinheit 50, 52 mit axial fest (durch Presspassung) ansitzender Schiebereinheit 56 stattfinden können, um insoweit die gewünschte Nockenwellen-Verstellfunktionalität zu bewirken.
Wie die 1 zusätzlich verdeutlicht, geht die Kerneinheit 56 einstückig über in einen Ventilgehäuseabschnitt 64, welcher insoweit der Einheit 30 in 3 entspricht und durch seine feste Verbindung mit der Jocheinheit 54 (über das aufgetragene unmagnetische Material 58 am Übergangsbereich) rotieren kann. Die Ankerbewegung in axialer Richtung (x) bewirkt dann in ansonsten bekannter Weise eine axiale Relativverschiebung zwischen den Einheiten 62 und 56/64.
Es wird deutlich, dass die gemäß 1 realisierte Vorrichtung erhebliche konstruktive Vorteile aufweist: Nicht nur ist, vgl. die Gegenüberstellung zwischen 3 und 1, die axiale Erstreckung ausgehend vom Ende der Nockenwelleneinheit durch die Integration mit der Ankereinheit drastisch reduziert, auch verringert sich die Zahl der benötigten Bauelemente, was insbesondere für die kostensensitive Großserienfertigung von Vorteil ist.
2 verdeutlicht (bei ansonsten gleichen Bezugszeichen und entsprechend gleichen Funktionskomponenten) eine Vari ante der Ausführungsform gemäß 1. Statt des im Übergangsbereich zwischen Joch- und Kerneinheit 50 bis 58 und der Innenwand 44 gebildeten, mittels Auftragsschweißen oder dergleichen aufgetragener magnetisch nicht leitender Schicht realisierten Gleitlagers wird diese Funktionalität ersetzt durch eine Lagerbuchse 70, welche in diesem Übergangsbereich zwischen Wandabschnitt 44 des Gehäuses und Jochabschnitt 54 des Joch- und Kernabschnitts ausgebildet ist, um die Radiallagerfunktionalität zu ermöglichen. Zwar wird bei dieser Vorgehensweise ein zusätzliches Bauelement benötigt, jedoch kann sich, je nach Herstellungs- und Montageverfahren, der Gesamtaufwand verringern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202008013654 [0002, 0005]

Claims

Elektromagnetische Nockenwellen-Verstellvorrichtung mit einer durch Bestromung einer stationären Spuleneinheit (46, 48) relativ zu einer Joch- und Kerneinheit (54, 56) bewegbaren Ankereinheit (50, 52), die zum Durchführen einer axialen Stellbewegung und zum Ausüben einer entsprechend axial gerichteten Stellkraft auf eine rotierende Verbrennungsmotor-Nockenwelle mittels einer mit der Ankereinheit zusammenwirkenden Schiebereinheit (62) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Joch- und Kerneinheit relativ zur Spuleneinheit rotierbar gelagert ist und eine Aufnahme für die in der Joch- und Kerneinheit axial bewegbar geführte Ankereinheit (50, 52) mit fest daran ansitzender Schiebereinheit (62) anbietet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Joch- und Kerneinheit rotationssymmetrisch aus fest miteinander über einen Übergangsabschnitt (58) verbundenem Joch- und Kernabschnitt (54, 56) realisiert ist, wobei der Übergangsbereich in seiner magnetischen Flussleitfähigkeit gegenüber dem Joch- sowie Kernabschnitt vermindert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (58) aus nicht magnetisch leitendem Verbindungsmaterial realisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (58) durch Auf tragen, insbesondere Auflöten oder Aufschweißen, auf den Joch- und Kernabschnitt realisiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt (58) eine Axiallagerung, insbesondere axiale Gleitlagerung, gegen einen der Spuleneinheit benachbarten ersten stationären Gehäuseabschnitt (60) ausbildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Joch- und Kerneinheit (54, 56) mittels eines eine magnetische Trennung bewirkenden Radial-Gleitlagers gegenüber einem der Spuleneinheit benachbarten, sich bevorzugt axial erstreckenden, zweiten stationären Gehäuseabschnitt (44) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Joch- und Kerneinheit sowie dem zweiten Gehäuseabschnitt eine Lagerbuchse (70) aus nicht magnetisch leitendem Material zur Realisierung des Radial-Gleitlagers vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Joch- und Kerneinheit sowie dem zweiten Gehäuseabschnitt eine Trennschicht aus nicht magnetisch leitendem Material vorgesehen ist, die durch Auftragen, insbesondere mantelseitiges Auftragsschweißen auf einen Abschnitt der Joch- und Kerneinheit, realisiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sich axial erstreckende und zylindrisch ausgebildete Schiebereinheit (62) aus nicht magnetischem Material realisiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebereinheit (62) axial an der Ankereinheit befestigt ist, insbesondere mittels eines Presssitzes oder einer Presspassung an der Ankereinheit (52) ansitzt.