WO2007144296A1 - Nockenwellenversteller mit einem elektromagnetischen aktuator - Google Patents

Nockenwellenversteller mit einem elektromagnetischen aktuator Download PDF

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WO2007144296A1
WO2007144296A1 PCT/EP2007/055561 EP2007055561W WO2007144296A1 WO 2007144296 A1 WO2007144296 A1 WO 2007144296A1 EP 2007055561 W EP2007055561 W EP 2007055561W WO 2007144296 A1 WO2007144296 A1 WO 2007144296A1
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armature
camshaft adjuster
plunger
adjuster according
adjustment
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PCT/EP2007/055561
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French (fr)
Inventor
Markus Kinscher
Jens Hoppe
Original Assignee
Schaeffler Kg
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    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
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Definitions

  • the invention relates to a camshaft adjuster with a hydraulic control valve, which can be acted upon by a plunger by an electromagnetic actuator, in particular according to the preamble of claim 1.
  • Camshaft adjusters are used to influence the relative angular position of a camshaft relative to a crankshaft of an internal combustion engine, whereby control times of the internal combustion engine can be influenced. This is particularly advantageous in terms of power delivery, the torque characteristic over the speed, the exhaust gas values, the consumption and the noise of the internal combustion engine.
  • a hydraulic control valve can be controlled or regulated via an electromagnetic actuator, for example by a motor control, which exerts forces on the control valve via a plunger and causes different control states of the control valve.
  • Such a hydraulic control valve is designed in particular as a proportional valve.
  • an armature may be arranged in the magnetic field of a coil, which is coupled to the plunger and is displaceably guided in the direction of adjustment in bearings in a direction of adjustment.
  • DE 199 08 146 A1 discloses a guide of the armature by means of a plunger passing through a central longitudinal bore of the armature.
  • the plunger is guided on both sides of the armature in axial ball bearings transversely to the direction of adjustment.
  • Two yoke parts of the Actuators form an aligned longitudinal bore in which the armature is displaceable to form a radial clearance and radially outboard the thrust ball bearing is supported.
  • the invention has for its object to propose in a camshaft adjuster improved storage of an armature of an electromagnetic actuator.
  • the invention is based on the consideration that a bearing of the armature as “cantilevered storage” in which two bearings are arranged on one side of the armature, due to the forces and moments and the installation conditions is not advantageous. Rather, the storage requires support by bearings on both sides of the anchor. Particular attention is directed to the invention in this case on the side facing away from the tappet side of the armature bearing.
  • the invention furthermore makes use of the knowledge that the bearing arrangements known from the prior art are disadvantageous with regard to the installation space conditions:
  • the invention takes account of the fact that the bearing, which is arranged on the opposite side of the plunger of the armature, having a pin.
  • the pin can in this case be arranged fixed to the housing.
  • the armature is supported in the region of a central longitudinal bore transversely to the direction of adjustment. This means that not an anchor-proof "extension" in the form of a cantilevered ram for storage (as under a)) or a lateral surface of the armature (see under b)), but rather an inner surface of the armature is used, provided by the longitudinal bore becomes.
  • a trained according to the prior art without special function area of the armature can be used for the training of the camp without the storage requires special measures in the area of the lateral surface and the end faces of the armature.
  • a production of the lateral surface with a diameter enabling storage, tolerances and surfaces is not required.
  • a production of a longitudinal bore and a pin is also particularly easy.
  • the plain bearing bush can be connected without degrees of freedom in the direction of adjustment with the pin or the inner circumferential surface of the longitudinal bore, wherein for securing in the longitudinal direction a positive connection, for example by means of a locking ring, or a latching connection can be used.
  • a positive connection for example by means of a locking ring, or a latching connection can be used.
  • the plain bearing bush is pressed into the longitudinal bore, which is a particularly simple and inexpensive, but equally reliable connection option.
  • UU only according to the invention can be made possible the design of the armature as a sintered part, whereby a particularly simple production and cost-effective production is possible. Since the lateral surface of the armature does not have to fulfill any bearing tasks, this can remain "sintered raw" for a particular embodiment, ie be produced directly as the starting product of the sintering process without further post-processing.
  • the armature has Ausretesnuten. It is possible that end faces of the armature on both sides of the armature bounding chambers in which a hydraulic medium is arranged.
  • the compensation grooves may have any cross-sections and longitudinal extent and are in particular formed as grooves of the lateral surface, which are oriented in the direction of adjustment.
  • the longitudinal bore is not merely the receptacle of the pin. Rather, in the longitudinal bore and the plunger is pressed.
  • the longitudinal bore may be formed as a continuous bore, which then, for example, on the one hand forms a press fit with the plunger and on the other hand ensures a sliding guide of the pin.
  • the stepped design of the longitudinal bore with different diameters on the one hand for the plunger and on the other hand for the pin.
  • Another embodiment relates to a further, second bearing, with which the plunger is supported in the radial direction.
  • a second bearing may be formed with a plain bearing bush having a radially inner circumferential surface on which the plunger is radially supported.
  • Such a plain bearing bush is a simple, inexpensive, yet efficient design for a second bearing, with the first bearing and the second bearing, the reliable support of the unit formed with armature and plunger is possible.
  • the plain bearing bush of the further bearing is designed as a forming part.
  • the U-shaped half longitudinal section has two side legs oriented parallel to one another and to a direction of adjustment, as well as a base leg oriented transversely to the direction of adjustment.
  • the inner side leg forms a lateral surface on which the plunger rests either firmly or with the formation of a sliding connection.
  • the other side leg is at a bore of a supported adjacent housing-fixed component, in particular fixed, or forms with this a sliding connection.
  • a radial distance between the plunger and a bore of the adjacent component can be bridged, so that it is possible that a diameter of this bore to other requirements, such as a mounting option of the armature can be adjusted.
  • Figure 1 is a schematic representation of an interaction of an electromagnetic actuator, a hydraulic control valve and a hydraulic actuator in a phaser and
  • Figure 2 shows an exemplary embodiment of an electromagnetic actuator Ak for use in a cam according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a camshaft adjuster 1 which has an electromagnetic actuator 2, a hydraulic control valve 3 and a hydraulic actuating unit 4.
  • the actuator 2, the control valve 3 and the control unit 4 are, unless otherwise described here, formed substantially according to the above-mentioned prior art, as known from the prior art in operative connection with each other and are as in the prior Technology known in each other and integrated into the environment of the internal combustion engine.
  • the hydraulic control valve 3 is designed in particular as a proportional valve.
  • the adjusting unit 4 is, for example, a vane cell unit in which chambers are separated by a vane, depending on the pressurization of the chambers, an adjusting movement between a rotor and a stator can be brought about, on the one hand with a driven by a traction drive wheel and on the other hand with a camshaft are coupled.
  • the hydraulic actuation of the chambers is predetermined or influenced by an operating position of the hydraulic control valve 3 that depends on the position of the actuator 2.
  • the electromagnetic actuator 2 is controlled or regulated by electrical signals 5, wherein exemplary embodiments for a control or regulation method and for suitable electrical signals 5, for example, DE 198 18 126 A1 can be found.
  • the actuator 2 generates a force and / or a movement for a plunger 6, via which the control valve 3 can be acted upon or the operating position of the control valve 3 can be influenced.
  • the hydraulic control valve 3 communicates with a hydraulic environment 7, which may be an elevated pressure level, for example provided by a pump or a pressure reservoir or the like, as well as a pressure sink, for example a non-pressurized tank, han30. about the control valve 3, the hydraulic environment 7 in different operating positions differently via pressure medium connections 8 with the setting unit 4, in particular the hydraulic chambers of the adjusting unit 4, respectively.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an electromagnetic actuator 2.
  • the electrical signals 5 are fed to a coil 9 of the actuator 2 via a plug 10.
  • the plug 10 is fastened in the region of the radially outer circumferential surface to a housing 1 1 of the actuator 2 and provides the possibility of a quick connection with a suitable mating connector with a supply of the electrical signals 5 to the coil.
  • the coil 9 is formed coaxially to a longitudinal axis or adjusting direction 12-12. If the electrical signals 5 lead to a current in the coil 9, a magnetic field is thereby induced.
  • a yoke part 15 is inserted into the recess 13 with a precise fit.
  • the yoke member 15 is rotationally symmetrical with a U-shaped longitudinal section, the two side legs 16, 17 which are oriented parallel to the direction of adjustment 12-12, and a base leg 18, which is transverse to the direction of adjustment 12-. 12 oriented.
  • the side legs 16, 17 form a cylindrical lateral surface 19, which is inserted into the lateral surface 14 with an exact fit and is secured relative thereto.
  • the circumferential side legs 16, 17 form an inner hollow cylindrical shell surface 20, which forms a slight clearance 21 with respect to a substantially cylindrical lateral surface 22 of an armature 23.
  • yoke part 15 In addition to the yoke part 15 is in the magnetic flux on the yoke part 15 opposite side yoke part 24, which is formed with a circular disk 25, which is part of the housing 11 and a pole core 26.
  • the pole core 26 is arranged coaxially to the adjusting direction 12-12 and formed approximately socket-shaped.
  • the pole core 26 is fixedly received in a bore 42 of the annular disk 25.
  • the pole core 26 is formed in the half-longitudinal section as sketched with an acute angle of about 5 ° to 10 ° and projects into the interior of the housing 1 first into it.
  • the boundary surfaces 27, 28 of the pole core 26 are slightly inclined relative to the direction of adjustment 12 and part cone shaped.
  • the inclination of the inner boundary surface 28 corresponds to the inclination of the lateral surface 22 of the armature 23 in the pole core 26 facing the end region.
  • a gap 29 forms between pole core 26 and armature 23.
  • a soft iron circle for the magnetic field induced by means of the coil 9 extends over the yoke part 15, the housing 11, circular disk 25 and pole core 26 and is formed both between the yoke part 15 and between the yoke part 24, in particular in the region of the pole core 26, and the movably mounted armature 23 transmitted.
  • the magnetic field exerts a magnetic force on the armature 23 in the direction of adjustment 12-12 via the gap 29.
  • the armature 23 is fixedly coupled to the plunger 6, which ends approximately flush in the position outlined in Figure 2 to the housing 1 1 and projects in a different operating position of the housing 1 1.
  • the plunger 6 is snugly received in a longitudinal bore 30 of the armature 23 and secured to the armature 23.
  • the yoke part 15 has a coaxial with the direction of adjustment 12- 12 and longitudinal axis oriented pin 31.
  • the pin 31 is received via a press fit in a central bore 32 of the yoke member 15.
  • the pin 31 extends to form a radial clearance in the longitudinal bore 30 of the armature 23.
  • the longitudinal bore 30 has in the yoke part 15 facing end portion has a cross-sectional widening 33, in which a plain bearing bushing 34 is inserted.
  • the plain bearing bush has a hollow cylindrical portion with an outer circumferential surface, which bears against the armature 23, and an inner circumferential surface which bears against the pin 31.
  • the plain bearing bush 34 has a radially outwardly oriented collar, which is arranged between an end face of the armature 23 and the base leg 18 of the yoke part 15.
  • the sliding contact of the sliding bush 34 may be formed between the outer circumferential surface of the plain bearing bush 34 and the armature 23 and / or between the inner circumferential surface of the plain bearing bush 34 and the pin 31.
  • Journal 31, plain bearing bush 34 and the cross-sectional widening 33 of the armature 23 form a first bearing 35.
  • a second bearing 36 is arranged on the yoke part 15 facing away from the side of the armature 23.
  • a plain bearing bush 37 is used, by means of which the plunger 6 is supported while allowing a movement in the direction of adjustment 12-12 radially to the direction of adjustment 12-12 relative to the pole core 26.
  • the plain bearing bush 37 is formed with a U-shaped semi-longitudinal section.
  • the U-shaped half-longitudinal section is oriented with side legs 38, 39 which are oriented parallel to one another and parallel to the direction of adjustment 12-12, as well as an outboard, approximately aligned with the outside of the annular disc 25 base leg 40, which is oriented transversely to the adjustment direction 12-12 is formed.
  • the side legs 38 With the radially inner circumferential side legs 39, an inner cylindrical outer surface is formed, which forms a sliding contact with the plunger 6, while the outer circumferential surface, which is formed with the side legs 38, fits snugly inside the pole core 26 or is attached to this.
  • the side legs 38 has a radially outwardly oriented collar which rests against a corresponding shoulder of the pole core 26.
  • the armature 23 may be formed as a sintered part.
  • the lateral surface 22 of the armature 23 remain “sinterrohroh", since this must meet any tasks in the course of storage.
  • parallel to the direction of adjustment 12-12 oriented Ausretesnuten 41 may be provided in the lateral surface 22, which are evenly or irregularly distributed over the circumference and, for example, over the lateral surface 22 in 12-12 or spirally can extend.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator für die Betätigung eines hydraulischen Steuerventils für einen Nockenwellenversteller. Für aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsformen durchsetzt ein Stößel (6) beidseits einen Anker (23). Beidseits des Ankers ist der Stößel über Lager in dem elektromagnetischen Aktuator (2) gelagert. Erfindungsgemäß erstreckt sich von einem Jochteil (15) des elektromagnetischen Aktuators (2) ein Zapfen (31) in eine Längsbohrung (30) des Ankers (23). Zwischen Zapfen (31) und Anker (23) ist eine Gleitlagerbuchse (34) zwischengeschaltet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung des elektromagnetischen Aktuators (2), insbesondere mit geringer Axialerstreckung und/oder Radialerstreckung.

Description

Nockenwellenversteller mit einem elektromagnetischen Aktuator
Beschreibung Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem hydraulischen Steuerventil, welches über einen Stößel durch einen elektromagnetischen Aktuator beaufschlagbar ist, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller dienen einer Beeinflussung der relativen Drehwinkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wodurch Steuerzeiten der Brennkraftmaschine beeinflusst werden können. Dies ist insbesondere vorteilhaft hinsichtlich der Leistungsentfaltung, der Drehmomentcharakteristik über die Drehzahl, der Abgaswerte, des Verbrauchs und der Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine. Bei Nockenwellenverstellern mit einer hydraulischen Stelleinheit erfolgt eine Verstellung über eine Veränderung der Hydraulikbedingungen über ein hydraulisches Steuerventil. Ein derartiges Steuerventil kann über einen elektromagnetischen Aktuator, beispielsweise von einer Motorsteuerung, angesteuert oder geregelt werden, der über einen Stößel Kräfte auf das Steuerventil ausübt und unterschiedliche Steuerzustände des Steuerventils herbeiführt. Ein derartiges hydraulisches Steuerventil ist insbesondere als Proportionalventil ausgebildet. In einem elektromagnetischen Aktuator kann im Magnetfeld einer Spule ein Anker angeordnet sein, der mit dem Stößel gekoppelt ist und in Stellrichtung in Lagern in eine Stellrichtung verschieblich geführt ist.
DE 199 08 146 A1 offenbart eine Führung des Ankers mittels eines eine zentrale Längsbohrung des Ankers durchsetzenden Stößels. Der Stößel ist beidseits des Ankers in Axialkugellagern quer zur Stellrichtung geführt. Zwei Jochteile des Aktuators bilden eine fluchtende Längsbohrung, in der der Anker unter Ausbildung eines radialen Spiels verschieblich ist und sich radial außenliegend die Axialkugellager abstützt.
Aus DE 198 09 175 A1 und DE 198 18 126 A1 ist es bekannt, den Anker unmittelbar im Bereich seiner außenliegenden Mantelfläche gegenüber einem Jochteil oder einem Spulenkörper in Form eines Gleitlagers verschieblich zu lagern.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Nockenwellenversteller eine verbesserte Lagerung eines Ankers eines elektromagnetischen Aktuators vorzuschlagen.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den abhängigen Ansprüchen 2-1 1.
Grundsätzlich liegt der Erfindung zunächst die Überlegung zugrunde, dass eine Lagerung des Ankers als "frei auskragende Lagerung", bei der zwei Lager auf einer Seite des Ankers angeordnet sind, infolge der wirkenden Kräfte und Momente sowie der Einbaubedingungen nicht vorteilhaft ist. Vielmehr erfordert die Lagerung eine Abstützung durch Lager beidseits des Ankers. Besonderes Augenmerk richtet die Erfindung hierbei auf das auf der dem Stößel abgewandten Seite des Ankers angeordnete Lager. Die Erfindung nutzt weiterhin die Erkenntnis, dass die hierfür aus dem Stand der Technik bekannten Lagerformen nachteilig hinsichtlich der Bauraumbedingungen sind:
a) Die "Verlängerung" des Ankers durch einen den Anker durchsetzenden Stößel mit einem auf der gegenüberliegenden Seite des Steuerventils angeordneten Axialkugellager bedeutet, dass die axiale Baulänge des Aktuators um die Breite des Axialkugellagers vergrößert ist (DE 199 08 146 A1 ).
b) Die Lagerung des Ankers im Bereich seiner außenliegenden Mantelfläche gemäß DE 198 18 126 A1 bedeutet, dass die radialen Abmessungen des Aktuators durch im Bereich der Mantelfläche wirkende Gleitlagerbuchsen vergrößert sind. Weiterhin ist die Mantelfläche des Aktuators an die Lagerbedingungen anzupassen, was erhöhte Fertigungsanforderungen für diese Mantelfläche bedeutet. Weiterhin scheiden weitere Funktionen im Bereich der Mantelfläche durch die Nutzung der Mantelfläche als Lagerfläche aus.
Darüber hinaus ist für beide vorgenannten Lagerformen zu berücksichtigen, dass der magnetische Fluss zwischen einer Spule, Jochteilen und dem Anker durch die Lagerelemente nicht gestört werden darf. Dies bedeutet beispielsweise, dass im Bereich der Mantelfläche angeordnete Gleitlagerelemente mit einem geeigneten Material zum Aufbau eines Magnetfelds ausgebildet sein müssen.
Den zuvor erläuterten Erkenntnissen trägt die Erfindung dadurch Rechnung, dass das Lager, welches auf der dem Stößel gegenüberliegenden Seite des Ankers angeordnet ist, einen Zapfen aufweist. Der Zapfen kann hierbei gehäusefest angeordnet sein. An einem derartigen Zapfen stützt sich der Anker im Bereich einer zentralen Längsbohrung quer zu der Stellrichtung ab. Dies bedeutet, dass nicht ein ankerfester "Fortsatz" in Form eines auskragenden Stößels für die Lagerung (s. o. unter a)) oder eine Mantelfläche des Ankers (s. o. unter b)), sondern vielmehr eine Innenfläche des Ankers genutzt wird, die von der Längsbohrung bereitgestellt wird. Hiermit kann ein gemäß dem Stand der Technik ohne besondere Funktion ausgebildeter Bereich des Ankers für die Ausbildung des Lagers genutzt werden, ohne dass die Lagerung besondere Maßnahmen im Bereich der Mantelfläche und der Stirnseiten des Ankers erfordert. Insbesondere ist eine Fertigung der Mantelfläche mit eine Lagerung ermöglichenden Durchmessern, Toleranzen und Oberflächen nicht erforderlich. Eine Fertigung einer Längsbohrung und eines Zapfens ist darüber hinaus besonders einfach möglich. Auch hat sich eine Ausgestaltung des Lagers mit gegenüber einem Zapfen geführter Längsbohrung als u. U. vorteilhaft hinsichtlich des magnetischen Flusses in dem Aktuator erwiesen. Während im Rahmen der Erfindung durchaus eine unmittelbare Führung des Ankers auf dem Zapfen oder eine Zwischenschaltung eines Wälzlagers, wie beispielsweise eines Axialkugellagers, zwischen Zapfen und Längsbohrung möglich ist, schlägt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass zwischen Zapfen und eine die Längsbohrung begrenzende innere Mantelfläche des Ankers eine Gleitlagerbuchse zwischengeschaltet ist. Über die Gleitlagerbuchse können auf einfache und kostengünstige Weise die tribologischen Verhältnisse zwischen Zapfen und Mantelfläche konstruktiv vorgegeben werden. Als Beispiel für eine derartige Gleitlagerbuchse kann eine Messingbuchse oder Bronzebuchse eingesetzt werden. Ebenfalls möglich ist ein Einsatz einer PTFE-Beschichtung im Bereich der Gleitflächen, insbesondere der Mantelfläche des Zapfens, einer Mantelfläche einer Gleitlagerbuchse und/oder der inneren Mantelfläche der Längsbohrung.
Die Gleitlagerbuchse kann ohne Freiheitsgrad in Stellrichtung mit dem Zapfen oder aber der inneren Mantelfläche der Längsbohrung verbunden sein, wobei zur Sicherung in Längsrichtung ein Formschluss, beispielsweise mittels eines Sicherungsrings, oder eine Rastverbindung Einsatz finden kann. Für eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist die Gleitlagerbuchse in die Längsbohrung eingepresst, was eine besonders einfache und kostengünstige, aber gleichermaßen zuverlässige Verbindungsmöglichkeit darstellt.
Durch Einsatz einer Gleitlagerbuchse können weiterhin die Fertigungsanforderungen für eine die Gleitlagerbuchse tragende Mantelfläche und/oder eine relativbewegte Mantelfläche verringert werden.
Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn der Zapfen gehäusefest abgestützt ist. Eine besonders kompakte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen ockenwellenverstellers kann sich ergeben, wenn der Zapfen (unmittelbar) gegenüber einem Jochteil des Aktuators abgestützt ist.
U. U. erst erfindungsgemäß ermöglicht werden kann die Ausgestaltung des Ankers als Sinterteil, wodurch eine besonders einfache Fertigung und eine kostengünstige Fertigung möglich ist. Da die Mantelfläche des Ankers keine Lageraufgaben erfüllen muss, kann diese für eine besondere Ausgestaltung "sinterroh" bleiben, also unmittelbar als Ausgangsprodukt des Sinterprozesses ohne weitere Nachbearbeitung hergestellt werden. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß ermöglicht, dass für eine weitere Ausgestaltung des Nockenwellenverstellers der Anker Ausgleichsnuten besitzt. Möglich ist, dass Stirnseiten des Ankers beidseits des Ankers Kammern begrenzen, in denen ein Hydraulikmedium angeordnet ist. Mit einer Verschiebung des Ankers für eine Stellbewegung ändert sich das Volumen einer derartigen Kammer, wobei ein Austausch an Hydraulikmedium zwischen den beiden Kammern über die Ausgleichsnuten erfolgt. Die Ausgleichsnuten können beliebige Querschnitte und Längserstreckungen aufweisen und sind insbesondere als Nuten der Mantelfläche ausgebildet, die in Stellrichtung orientiert sind.
Für eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers dient die Längsbohrung nicht lediglich der Aufnahme des Zapfens. Vielmehr ist in die Längsbohrung auch der Stößel eingepresst. Hierbei kann die Längsbohrung als durchgehende Bohrung ausgebildet sein, die dann beispielsweise einerseits eine Presspassung mit dem Stößel ausbildet und andererseits eine verschiebliche Führung des Zapfens gewährleistet. Ebenfalls möglich ist die gestufte Ausbildung der Längsbohrung mit unterschiedlichen Durchmessern einerseits für den Stößel und andererseits für den Zapfen.
Eine weitere Ausgestaltung betrifft ein weiteres, zweites Lager, mit dem der Stößel in radialer Richtung abgestützt ist. Ein derartiges zweites Lager kann mit einer Gleitlagerbuchse gebildet sein, die eine radial innenliegende Mantelfläche aufweist, an der der Stößel radial abgestützt ist. Eine derartige Gleitlagerbuchse stellt eine einfache, kostengünstige, aber dennoch effiziente Ausgestaltung für ein zweites Lager dar, wobei mit dem ersten Lager und dem zweiten Lager die zuverlässige Abstützung der mit Anker und Stößel gebildeten Einheit möglich ist.
Insbesondere ist die Gleitlagerbuchse des weiteren Lagers als ein Umformteil ausgebildet. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist diese als Umformteil ausgebildete Gleitlagerbuchse im Halblängsschnitt in erster Näherung als U-förmig zu bezeichnen. Der U-förmige Halblängsschnitt besitzt zwei parallel zueinander und zu einer Stellrichtung orientierte Seitenschenkel sowie einen quer zu der Stellrichtung orientierten Grundschenkel. Der innenliegende Seitenschenkel bildet eine Mantelfläche, an der der Stößel entweder fest oder unter Ausbildung einer Gleitverbindung anliegt. Der andere Seitenschenkel ist an einer Bohrung eines benachbarten gehäusefesten Bauelementes abgestützt, insbesondere befestigt, oder bildet mit dieser eine Gleitverbindung aus. Mittels des quer zu der Stellrichtung orientierten Grundschenkels des U kann ein radialer Abstand zwischen dem Stößel und einer Bohrung des benachbarten Bauelements überbrückt werden, so dass möglich ist, dass ein Durchmesser dieser Bohrung an andere Erfordernisse, beispielsweise eine Montagemöglichkeit des Ankers, angepasst werden kann.
Für eine besonders kompakte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers ist das andere Bauelement ein Jochteil des Aktuators. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft, ohne dass diese zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Interaktion eines elektromagnetische Aktuators, eines hydraulischen Steuerventils und einer hydraulischen Stelleinheit in einem Nockenwellenversteller und
Figur 2 eine beispielhafte Ausgestaltung eines elektromagnetischen Ak tuator für einen Einsatz in einem erfindungsgemäßen Nocken wellenversteller.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Figur 1 zeigt schematisch einen Nockenwellenversteller 1 , der einen elektromagnetischen Aktuator 2, ein hydraulisches Steuerventil 3 und eine hydraulische Stelleinheit 4 aufweist. Der Aktuator 2, das Steuerventil 3 und die Stelleinheit 4 sind, soweit dies hier nicht anders beschrieben ist, im Wesentlichen entsprechend dem eingangs erwähnten Stand der Technik ausgebildet, treten wie aus dem Stand der Technik bekannt miteinander in Wirkverbindung und sind wie aus dem Stand der Technik bekannt ineinander und in die Umgebung der Brennkraftmaschine integriert. Das hydraulische Steuerventil 3 ist insbesondere als Proportionalventil ausgebildet. Bei der Stelleinheit 4 handelt es sich beispielsweise um eine Flügelzelleneinheit, bei der über durch einen Flügel getrennte Kammern je nach Druckbeaufschlagung der Kammern eine Stellbewegung zwischen einem Rotor und einem Stator herbeiführbar ist, die einerseits mit einem von einem Zugmittel angetriebenen Antriebsrad und andererseits mit einer Nockenwelle gekoppelt sind. Die hydraulische Beaufschlagung der Kammern wird durch eine von der Stellung des Aktuators 2 abhängige Betriebsstellung des hydraulischen Steuerventils 3 vorgegeben oder beeinflusst.
Der elektromagnetische Aktuator 2 wird über elektrische Signale 5 angesteuert oder geregelt, wobei beispielhafte Ausgestaltungen für ein Steuer- oder Regelungsverfahren und für geeignete elektrische Signale 5 beispielsweise DE 198 18 126 A1 zu entnehmen sind. Nach Maßgabe der elektrischen Signale 5 erzeugt der Aktuator 2 eine Kraft und/oder eine Bewegung für einen Stößel 6, über den das Steuerventil 3 beaufschlagbar ist bzw. die Betriebsstellung des Steuerventils 3 beeinflussbar ist. Das hydraulische Steuerventil 3 kommuniziert mit einer hydraulischen Umgebung 7, bei der es sich um ein erhöhtes Druckniveau, beispielsweise bereitgestellt von einer Pumpe oder einem Druckreservoir o. ä., sowie eine Drucksenke, beispielsweise einen drucklosen Behälter, han30 dein kann. Über das Steuerventil 3 wird die hydraulische Umgebung 7 in unterschiedlichen Betriebsstellungen unterschiedlich über Druckmittelverbindungen 8 mit der Stelleinheit 4, insbesondere den hydraulischen Kammern der Stelleinheit 4, verbunden.
Figur 2 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines elektromagnetischen Aktuators 2. Die elektrischen Signale 5 werden einer Spule 9 des Aktuators 2 über einen Stecker 10 zugeführt. Der Stecker 10 ist im Bereich der radial außenliegenden Mantelfläche an einem Gehäuse 1 1 des Aktuators 2 befestigt und stellt die Möglichkeit einer Schnellverbindung mit einem geeigneten Gegenstecker bereit mit einer Zufuhr der elektrischen Signale 5 zu der Spule 9.
Die Spule 9 ist koaxial zu einer Längsachse oder Stellrichtung 12-12 ausgebildet. Führen die elektrischen Signale 5 zu einem Strom in der Spule 9, so wird hierdurch ein magnetisches Feld induziert. Die Spule 9, ggf. mit einem magnetisierbare Spulenmaterial, bildet radial innenliegend eine Ausnehmung 13 mit zylinderförmiger Mantelfläche 14 aus. Auf der dem Steuerventil 3 abgewandten Seite ist in die Ausnehmung 13 passgenau ein Jochteil 15 eingesetzt. Für das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist das Jochteil 15 rotationssymmetrisch ausgebildet mit einem U-förmigen Längsschnitt, der zwei Seitenschenkel 16, 17, die parallel zu der Stellrichtung 12-12 orientiert sind, sowie einen Grundschenkel 18, der quer zu der Stellrichtung 12-12 orientiert ist, aufweist. Die Seitenschenkel 16, 17 bilden eine zylinderförmige Mantelfläche 19, die passgenau in die Mantelfläche 14 eingesetzt ist und gegenüber dieser befestigt ist. Die umlaufenden Seitenschenkel 16, 17 bilden eine innenliegende hohlzylinderförmig Mantelfläche 20, die ein geringfügiges Spiel 21 gegenüber einer im Wesentlichen zylinderförmigen Mantelfläche 22 eines Ankers 23 ausbildet.
Neben dem Jochteil 15 befindet sich im magnetischen Fluss auf der dem Jochteil 15 gegenüberliegenden Seite ein Jochteil 24, welches mit einer Kreisringscheibe 25, das Teil des Gehäuses 11 ist, sowie einem Polkern 26 gebildet ist. Der Polkern 26 ist koaxial zu der Stellrichtung 12-12 angeordnet und ungefähr buchsenförmig ausgebildet. Der Polkern 26 ist fest in einer Bohrung 42 der Kreisringscheibe 25 aufgenommen. Der Polkern 26 ist im Halblängsschnitt wie skizziert mit einem spitzen Winkel von ca. 5° bis 10° ausgebildet und ragt in das Innere des Gehäuses 1 1 hinein. Die Begrenzungsflächen 27, 28 des Pol kern 26 sind gegenüber der Stellrichtung 12 geringfügig geneigt und teilkonusförmig ausgebildet. Die Neigung der inneren Begrenzungsfläche 28 entspricht der Neigung der Mantelfläche 22 des Ankers 23 in dessen dem Polkern 26 zugewandtem Endbereich. In der skizzierten Stellung gemäß Figur 2 bildet sich zwischen Polkern 26 und Anker 23 ein Spalt 29 aus. Ein Weicheisenkreis für das mittels der Spule 9 induzierte magnetische Feld verläuft über das Jochteil 15, das Gehäuse 11 , Kreisringscheibe 25 und Polkern 26 und wird sowohl zwischen Jochteil 15 als auch zwischen Jochteil 24, insbesondere im Bereich des Polkerns 26, und dem beweglich gelagerten Anker 23 übertragen. Das magnetische Feld übt über den Spalt 29 eine magnetische Kraft auf den Anker 23 in Stellrichtung 12-12 aus. Der Anker 23 ist fest mit dem Stößel 6 gekoppelt, der in der in Figur 2 skizzierten Stellung ungefähr bündig zu dem Gehäuse 1 1 endet und in einer abweichenden Betriebsstellung aus dem Gehäuse 1 1 auskragt. Der Stößel 6 ist passgenau in einer Längsbohrung 30 des Ankers 23 aufgenommen und gegenüber dem Anker 23 befestigt.
Für eine Lagerung besitzt das Jochteil 15 einen koaxial zu der Stellrichtung 12- 12 und Längsachse orientierten Zapfen 31. Für das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist der Zapfen 31 über eine Presspassung in einer zentrischen Bohrung 32 des Jochteils 15 aufgenommen. Der Zapfen 31 erstreckt sich unter Ausbildung eines radialen Spiels in die Längsbohrung 30 des Ankers 23. Die Längsbohrung 30 besitzt in dem dem Jochteil 15 zugewandten Endbereich eine Querschnittserweiterung 33, in die eine Gleitlagerbuchse 34 eingesetzt ist. Die Gleitlagerbuchse besitzt einen hohlzylinderförmigen Teilbereich mit einer außenliegenden Mantelfläche, die an dem Anker 23 anliegt, sowie einer innenliegenden Mantelfläche, die an dem Zapfen 31 anliegt. Weiterhin verfügt die Gleitlagerbuchse 34 über einen radial nach außen orientierten Bund, welcher zwischen einer Stirnseite des Ankers 23 und dem Grundschenkel 18 des Jochteils 15 angeordnet ist. Der Gleitkontakt der Gleitbuchse 34 kann zwischen der außenliegenden Mantelfläche der Gleitlagerbuchse 34 und dem Anker 23 und/oder zwischen der innenliegenden Mantelfläche der Gleitlagerbuchse 34 und dem Zapfen 31 ausgebildet sein. Zapfen 31 , Gleitlagerbuchse 34 und die Querschnittserweiterung 33 des Ankers 23 bilden ein erstes Lager 35. Ein zweites Lager 36 ist auf der dem Jochteil 15 abgewandten Seite des Ankers 23 angeordnet. Hierzu findet eine Gleitlagerbuchse 37 Einsatz, mittels welcher der Stößel 6 unter Ermöglichung einer Bewegung in Stellrichtung 12-12 radial zu der Stellrichtung 12-12 gegenüber dem Polkern 26 abgestützt ist. Für das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist die Gleitlagerbuchse 37 mit einem U-förmigen Halblängsschnitt ausgebildet. Der U-förmige Halblängsschnitt ist mit Seitenschenkeln 38, 39, die parallel zueinander und parallel zu der Stellrichtung 12-12 orientiert sind, sowie einem außenliegend, ungefähr fluchtend zur Außenseite der Kreisringscheibe 25 angeordneten Grundschenkel 40, der quer zu der Stellrichtung 12-12 orientiert ist, gebildet. Mit dem radial innenliegenden umlaufenden Seitenschenkel 39 ist eine innenliegende zylinderförmige Mantelfläche gebildet, die einen Gleitkontakt mit dem Stößel 6 ausbildet, während die außenliegende Mantelfläche, die mit dem Seitenschenkel 38 gebildet ist, passgenau innenliegend an dem Polkern 26 anliegt oder gegenüber diesem befestigt ist. Für das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt der Seitenschenkel 38 einen radial nach außen orientierten Bund, der an einem entsprechenden Absatz des Polkerns 26 anliegt.
Bei der Gleitlagerbuchse 37 handelt es sich insbesondere um ein Umformteil. Der Anker 23 kann als Sinterteil ausgebildet sein. Hierbei kann die Mantelfläche 22 des Ankers 23 "sinterroh" bleiben, da diese keine Aufgaben im Zuge einer Lagerung erfüllen muss. In dem Anker 23 können, insbesondere bei Ausbildung als Sinterteil, parallel zur Stellrichtung 12-12 orientierte Ausgleichsnuten 41 in der Mantelfläche 22 vorgesehen sein, die gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang verteilt sind und sich beispielsweise über die Mantelfläche 22 in 12-12 oder spiralförmig erstrecken können.
Bezugszeichenliste
Nockenwellenversteller 31 Zapfen elektromagnetischer Aktuator 32 Bohrung hydraulisches Steuerventil 33 Querschnittserweiterung
Stelleinheit 34 Gleitlagerbuchse elektrisches Signal 35 erstes Lager
Stößel 36 zweites Lager hydraulische Umgebung 37 Gleitlagerbuchse
Druckmittelverbindung 38 Seitenschenkel
Spule 39 Seitenschenkel
Stecker 40 Grundschenkel
Gehäuse 41 Ausgleichsnut
Stellrichtung 42 Bohrung
Ausnehmung
Mantelfläche
Jochteil
Seitenschenkel
Seitenschenkel
Grundschenkel
Mantelfläche
Mantelfläche
Spiel
Mantelfläche
Anker
Jochteil
Kreisringscheibe
Polkern
Begrenzungsfläche
Begrenzungsfläche
Spalt
Längsbohrung

Claims

Patentansprüche
1. Nockenwellenversteller mit einem hydraulisches Steuerventil (3), welches über einen Stößel (6) durch einen elektromagnetischen Aktuator (2) beaufschlagbar ist, wobei in dem Aktuator (2) ein mit dem Stößel (6) gekoppelter Anker (23) in Lagern (35, 36) in eine Stellrichtung (12-12) verschieblich geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lager (35), welches auf der dem Stößel (6) gegenüberliegenden Seite des Ankers (23) angeordnet ist, einen Zapfen (31 ) aufweist, an dem sich der Anker (23) im Bereich einer zentralen Längsbohrung (30) quer zu der Stellrichtung (12- 12) abstützt unter Ermöglichung einer Relativverschiebung zwischen Zapfen (31 ) und Anker (23) in Stellrichtung (12-12).
2. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zapfen (31 ) und eine die Längsbohrung (30) begrenzende innere Mantelfläche des Ankers (23) eine Gleitlagerbuchse (34) zwischengeschaltet ist.
3. Nockenwellenversteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerbuchse (34) in die Längsbohrung (30) eingepresst ist.
4. Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (31 ) gegenüber einem Jochteil (15) des Aktuators (2) abgestützt ist.
5. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (23) ein Sinterteil ist.
6. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (23) Ausgleichsnuten (41 ) besitzt.
7. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (6) in die Längsbohrung (30) eingepresst ist.
8. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Lager (35), mit dem der Stößel (6) in radialer Richtung abgestützt ist, mit einer Gleitlagerbuchse (37) gebildet ist, die eine radial innenliegende Mantelfläche aufweist, an der der Stößel (6) radial abgestützt ist.
9. Nockenwellenversteller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerbuchse (37) des weiteren Lagers (35) als Umformteil ausgebildet ist.
10. Nockenwellenversteller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitlagerbuchse (37) des weiteren Lagers (35) im Halblängsschnitt in erster Näherung U-förmig ist mit zwei parallel zur Stellrichtung (12-12) orientierten Seitenschenkeln (38, 39) des U und einem quer zur Stellrichtung (12-12) orientierten Grundschenkel (40) des U, wobei der innenliegende Seitenschenkel (39) die Mantelfläche bildet, an der der Stößel (6) anliegt, während der außenliegende Seitenschenkel (38) in einer Bohrung (42) eines benachbarten gehäusefesten Bauelementes abgestützt ist.
1 1. Nockenwellenversteller nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das benachbarte Bauelement ein Jochteil (24), insbesondere ein Polkern (26), ist.
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