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Title:
ACTUATOR FOR DOUBLE SLIDING CAM SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/139692
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electromagnetic actuator for a double sliding cam system having a pole core pot which is terminated by means of a joke disc and has openings in its base for receiving at least two pole sleeves, and having at least two actuating units which each contain an armature which is connected to a pressure pin via a plunger rod and a means for compensating axial offset, and a solenoid which surrounds the armature, and a yoke sleeve which is formed on the yoke disc and engages around the armature in the axial direction while enclosing an air gap, wherein the pole core pot accommodates the at least two actuating units. The invention solves the problem of optimising the required installation space and at the same time simplifying the fabrication.

Inventors:
HOPPE, Jens (Dorfmeisterweg 16, Erlangen, 91056, DE)
STEIGERWALD, Martin (Egerländer Straße 1, Herzogenaurach, 91074, DE)
KONIAS, Stefan (Loewenichstraße 37, Erlangen, 91054, DE)
BRECKNER, Holger (Flurstraße 4, Herzogenaurach, 91074, DE)
BAIER, Richard (Rainsberg 13, Aurachtal, 91086, DE)
Application Number:
DE2015/200032
Publication Date:
September 24, 2015
Filing Date:
January 30, 2015
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG (Industriestraße 1-3, Herzogenaurach, 91074, DE)
International Classes:
H01F7/16; F01L13/00
Domestic Patent References:
WO2008155119A12008-12-24
WO2014086345A12014-06-12
WO2014198264A12014-12-18
Foreign References:
DE102011009327A12012-07-19
EP0245614A11987-11-19
DE102013206311A12013-11-14
DE102012211854A12014-01-09
DE102013210871A12014-12-11
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Claims:
P tentans rüch

"L Aktuator mit - imm mittels einer Jochse!ieib abgeschlossene Polkerntopf, der an seinem Boden Öffnungen zur Aufnahme min- destens zweier Poihüisen aufweis!, und mit mindestens zwei Stelieinheifen, die jeweils einen Anker beinhalten, der über eine Stößelsiange und ein Mittel zum Ausgleich eines Achsversatzes mit einem Druckstift in Verbindung steht, sowie eine den Anker umgebende viagnetspuie und eine Jochh lse, die ah der Joch- scheibe ausgebildet ist und den Anker in axialer Richtung unter Einschließung eine Luftspaits umgreift, wobei der Poikemtopf die mindestens zwei Stelleinheiten aufnimmt.

2. ÄMuator nach Anspruch 1, wobei die innere Wandung des Polkerntopfes im Längsschnitt in Form der Außenkontur ineinander greifende egeischnittprofi- je gestaltet ist.

3. Aktuator nach Anspruch 2, wobei die innere Wandung des Poikerntopfes im Längsschnitt . n. Form der Außenkoniu ineinander greifender Kreisprofile gestaltet ist,

4. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Jochschei- he gemeinsam mit zumindest zwei Jochhülsen einteilig ausgestaltet ist.

5. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine unslsloff- umß rHzung den Polkerntopf und die Jochscheibe zumindest teilweise umschließt

6.. Aktuator nach Anspruch 5, wobei die uoststof umspiltzung dem von de Joc höisfö unier Elnschluss eines Luftspalte umgriffene?* Anke als Lagerung dient.

7., Ak.tu.ator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als ittel zum Ausgleich eines Aehsversatzes ei Hebe! dient, der einseitig im Magn gseftäu- se gelagert ist. 8, Aktuator nac einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuatorin einem Schiebenqcken'sysiern eines Verbrennungsmoters zum Einsatz kommt.

Description:
Be eichnu g: der Erf ndung

Akfoator für Doppei-Scbiebenöckensysiera Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Aktuaforer!, die als elektromagnetische Stellvorrichtungen m der Steuerung eines sogenannten Sehiebenockensys-' tems geeignet sind. Die Regelung eines Verbrennungsmotors erfolgt mittels .elektrischer Signale, die der Ansteuerung des .Aktu.ators dienen: Der Strorrrfiuss durch eine Spule ruf! ein magnetisches Feld hervor, das eine gezielte axial Bewegung des Ankers bewirkt. Der Anker wiederum sieht In Verbindung mit: einer Stö&elstange, die als vermittelndes Element zwischen d m Anker und einem Druckstift dient Der Druckstift bewirkt die Verschiebung eines Nocken- stücks, das axial beweglich auf einer NockenweHe geführt ist. Z.u dem Zweck der Verschiebung befindet sich am oekenstück eine Nut, die entlang des Um- fangs verläuft und die Richtung sowie Weite der axialen .Verschiebung vorgibt. Das Nockenstück wird in seine Ausgangsiagei gebracht, indem mit einem Druckstift eine zweite, gegenläufige ut . . angesteuert wird;; aus diesem Grund ist mindestens ein zweiter Druckstift .erforderlich, der unabhängig von dem ersten betätigt werden kann,

Eine kompakte Bauweise der Nockenwelle erfordert eine enge Führung sämtlicher Nuten, die Druckstifte müssen daher mit relativ geringem Abstand zueinander angeordnet werden können. Der Durchmesser des Elektromagneten hängt Jedoch von der .erfordernden . Leistung ab und kann somit nicht beliebig reduziert werden. Ankersehse und Dr okstiftacbse müssen also mit einem e sa z zueinander angeordnet werden, der einen Ausgleich erfordert. Eine Möglichkeit ist in der nicht vorveroffentllchten Ofrenlegungsschrlft DE 201 210 871 AI der Anrneldenn beschrieben: Arn agnetgehäuse Ist ein Hebel gelagert übe den die Wirkverbindung zwischen der S öEelslange und dem Druckstift hergestellt wird; somit können auch eng benachbarte Druckstiftachsen verwirklicht werden, Auswirkungen auf Abmessungen angrenzender Bauteile werden vermindert, Nfchfsdestotrofe nimmt die ©esamtvorriehtuhg Saursum in Anspruch, der nur im begrenzten Male zur Verfügung steht. Der i der DE 2013: 21Ö 8Π AI gezeigte Elektromagnet enthält Polksrne, jochhülsen und Rückschiusselemeote sowie eine Joehscheibe; die Anordnung dieser Elemente gibt den wenigstens erforderlichen Bauraum: vor. Es besieht demnach ein Bedürfnis nach einem Äktuafor, dessen Gestaltung den erforderlichen ' Bauraum weiter vermindert. Gleichzeitig ergibt sich aus den Bedingungen der Massenfertigung die Anforderung, den Bauraum nicht zuiasten der Herstelibarkeit zu optimieren« Di Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, den beanspruchten Bauraum zu optimieren und gieichzeitig die Fertigung zu vereinfachen.

Das durch die Aufgabe vorgegebene Spannungsverhäitnis zwischen Bauraumoptimierung und Vereinfachung der Fertigung wird gelöst durch einen eiektro- magentischen Aktuaior mit einem mittels einer Jochscheibe abgeschlossenen Polkerntöpf, der an seinem Boden Öffnungen zur Aufnahme: mind t ns zweier Pelhülse aufweist,, und mit mindestens zwei S etiemheiten, die jeweils einen Anker beinhalten, der über eine Stößelstange und ein Mittel zum Ausgleich eines Achsversatzes mit einem Druckstif in Verbindung steht, sowie eine den Anker umgebende Maghetspule und eine Jeehhüise, die an der joehscheibe ausgebildet ist und den Anker In axialer Richtung unter Einschließung; eines; tuftspaits umgreift; erfindungsgemäß * nimmt der Polkernto i di mindestens zwei Stelleinhef en auf.

Die Erfindung bedeutet eine Abkehr von Konzepten, die die Basis berkörnmlP eher Aktuatpren bilden. Dreh- und Angelpunkt der Erfindung ist ein Polkerntöpf, mit dessen Einführung die Grundlage dafür geschaffen wird, die Elemente des Akiuators auf eine neue Art anordnen zu können.

Der vorzugsweise elntelikj ausgeführte Potkermopi übernimmt die Funktion eines RÖckschkisseiemeots, wodurch die Wirksamkeit des durch den Strom- fiuss hervorgerufenen rvtagnetfeiaes Verbessert wird. Zu diesem Zweck ist der Poikerniopf aus einem magnefllussleitendem Material gefertigt Der Baden des Poikerntopfes weist Offaungea auf; deren Anzahl der Menge der enthaltenen Stelleinheiten entspricht. Di Öffnungen dienen der Aufnahme der Pölkernhülsam die in die Öffnungen vorzugsweise elnpeprasst werden können. Somit ergeben sieh Verleite hinsichtlich der Flexibilität der Gesamtvor- richtuftg; die DimensionierMng der PDl ernliülss kann geändert werden, ohne dass ein : über die Änderung des Öffnungsdurchmessers hinausgehende Anpassung des Poikerntopfes erforderlich wird.

Die dem Töpfboden abgewandte Seite des Poikerntopfes ist im Wesentlichen offen gestaltet, die Öffnung ist von einem Tapfrand, umgeben. Am Topffand kann ein zumindest Teilweise umlaufende Topfkragen vorgesehe sei , der die Aufnahm einer JoeNsoheibe erieicHtert Darüber hinaus fördert die Gestaltung des Topfkragens - so wie die Gestaltung des Poikerntopfes insgesamt ~- die Stabilität des Aktuators, Es ist somit nicht nur die Bairtailreduzierung, die vorteilhaft auf die Fertigung des Aktuators wirkt; seine verbesserte Stabilität sorgt beispielsweise dafür, dass vorgegebene Toleranze leichter eingehalten werden kön en.

Eine beverzugte Äusfuhrungsform de Poikerntopfes zeigt Vorteile i.n- der Λά- ihrer Kontur. Die innere Wandung kann Im Längsschnitt In Form der AuSenkon- für Ineinander greifender egelsc n itf rofile gestaltet sein; das gegenl ufige Verhältnis zwischen dem erforderlichen Sauraum und der Gewährleistung des magnetischen Rückschlusses kann auf diese Weise vorteilhaft aufgelöst werden. Der durch die Auslegung des Aktuators vorgegebene Durchmesser des Eiekiremagneten schllgt sich nicht in seiner Gänze in dem erforderlichen Bau- raurn der Gesamtvorrichtung nieder; die Verschränkung wirkt somit auf die Abmessung der Gesamibrorrichtung, die kleiner ist als die Summe der Abmessungen der einzelnen Steiieinheitem Es könne zwei oder weitere Stelleinheiten auf diese Welse: angeordnet werden, entweder in Reihe ode versetzt.

Eine besonders bevorzugte Ausfuhrungsform besteht darin, die innere Wen- düng des Pol erntepfes Im Längsschnitt in Form der AyAenkontyr Ineinandergreifender Kreis ref!!e auszugestalten. Es besteht alrv optimiertes Verhältnis zwischen dem er ordarlloden Bauraum und der Gewährleistung das Rückschlusses: Dar offene Bereich zwischen den Stallelnheifen kenn infolge der Einschnürung reduziert werden, ohne dass diese Maß ahme wesent ic en Einfluss auf den erforderlichen Baoraum der öesaratvorhchiung hat

Der Roikerntopf ist: mittels einer joebsehelbe abgedeckt. In einer vorteilhaften 5 Ausführungsform ist die Jochschelbe einteil g gestaltet; somit kann die Fertigung weiter vereinfacht werden. Vorzugsweise bilden Jocbsehesbe und Joch- hülsen ein einteiliges Bauteil, Mit dieser Ausführungsform kann erstens der FertigungsaüfwanrJ der Elemente reduziert werden, zweitens wird di Herstellung der öesa tvorrlohtung zusätzlich vereinfacht. Die urnferni echniscrie Her- IQ Stellung der Jochhülsen bietet zudem Vorteile hinsichtlich der Einhaltung vorgegebener Toleranzen, da. Jochhülsen und Jochscheibe fest einande zugeordnet sind.

Stabilisierung und Festlegung der einzelnen Elemente erfolg vorzugsweis 15 durch eine Plastikumspritzung. Die Plastikumspritzung umschließt den Poikern- topf und die Joohseheibe zumindest teilweise. Insbesondere an der äußeren andung des Bodens kann jedoch nur eine teilweise Ünisprifzung erfolgen, da an dieser Stelle die StöEelstange aus dem Poikerntopf axial verschiebbar herausragt Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil des Polkerntopfes. Trotz nur teil- 20 weiser Umsprilzung mit Kunststoff zeichnet sich der Aktuato Insgesamt durch eine hohe Stabilität aus.

Vorzugsweise dient die ünstsiöffumspritzung dem von der Joebhülsa unter Binschluss eines Luftspalts , umgriffenen Anker als Lagerung. Fertigungsaufwand und Fertigungskosten können somit weiter reduzier! werden. Erstens ist

£6 : der Einsat einer Ankerführungshülse nicht mehr erforderlich, die Funktion der Ankeriührung übernimmt die Kunsfstoffurnspntzung:; die Kosten für Herstellung und Material de Ankerfubrirngshülse entfallen vollständig., Zweitens wird die Ausrichtung def,AnKeft|hrUn§ vereinlacht. Die Wirksamkeit des Elektromagneten hingt unter anderem davon ab, wie: präzise Jochhülse und Anker unter

30 Elnschluss eines Luftspatts aufeinander ausgerichtet sind, Die Ausrichtung erfolgt ers nachdem die Elemente zuaarnrnengefugt wurden, wodurch eine Anpassung i Einzelfall ermöglicht wird. in ' , einer vorteilhaften Ausführungsiorm kann ein Versatz zwischen dar Achse des Ankers und der Achse des: Druckstifts, mittels eines Hebels ausgsejiehen werde, der einseitig im Magnatgehause gelagert: ist Der Aktuator ist dazu geeignet, als Mitte! z der Regelung eines Verbrennungsmotors verwendet zu w rden» Der Aktuator kann daher in einem Schiehenockensystem zum Einsatz kommen.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, woaes Bezug auf die Zeichnunge genommen wird. G!eic!wirkende Elemente sind in den Zeichnungen mit gleichem BezugszeiOhen bezeichnet Es zeigen;

Fig . 1 : eine Aktuator nach dem Stand: der Technik; Fig. 2: eine Ausführungsforni des Pol kerntopf es;

Fig. %: ein Längsschnitt, des Polkerntopfes aus Fig. 2:

Fig. 4: eine Ausführungsforni: der Joehhuise und

Fig. 5; ein Äusfiihrungs eispiet eines Ak uaters.

I Fig, 1 ist ein Aktuator 1. mit zwei Sfalielnheifen gezeigt,: dessen Elemente entsprechend dee Standes: der Technik angeordnet sind. Der Aktuator 1 Ist vo einem iVlagnetgehäuse 1a umgeben und enthält eine Joohseheibe 2, jocbhüi- se 3, Poikerne 4 und Rückschiusselemente 5. Die JöcHbulsen 3 sind In die Öffnungen der Joclischeihe 2 elngepress und bilden den oberen Absohluse der Einheit. Zu der Führung eines: Ankers § sind Ankerführungshöisen ? vorgesehen. Der untere Afoschlua der Einheit wird durch die Polkerne 4 gebildet. Geschlossen wird der agneikreis durch Rucksehlusselemenie S. die mit der vtochsehelhe 2 mittels einer Versiemmuhg e ürgen werden. Ferner enthalt jede Stellelnrieit Jeweils eine Spule 0 mit einer Plastikurnsprtt- zung 9a» eine Stößeistange ö sowi einen gegen die Kraft einer Feder 11 arbeitenden -Druckstift 12. Das Anlegen einer S annung an der Spule 9 ruft ein magnetisches Feld hervor, das eine geselle axiale Bewegung des Ankers 6 bewirkt. Der Anker wiederum steht: in Verbindung mit de Stößelstange 10, die als vermittelndes Element- zwischen ' dem Anker 6 und dem Druckstift 1.2 dient. Zu dem: Ausgleich eines Achsversatees kann am Magnatgehäuse ein Hebel 3 an einem öehausestift 14 gelagert sein, über den die irkverbindung zwischen der Stößelstange 10 und dem Druckstift 2 hergestellt: wird,

Der Druckstift, 12 ist im Druckstiftgehäuse 12a geführt und bewirkt die Verschiebung eines ock tücks (nicht gezeigt), da axial beweglich auf einer Nockenwelle geführt ist Zu diesem Zweck befindet sich am Nockenstück eine Nut {nicht gezeigt), die entlang des ürnfangs verläuft- und: die Richtung sowi Weite der axialen Verschiebung vorgibt Das Nöekehstuck wird in sein Ausgangslage gebracht, indem eine zweite, gegenläufige - ' Nut. (nicht gezeigt) engesteuert wird,

Fig. 2 veranschaulicht ein A sfuhrungsforr des Polkerntcpfes IS, der zu der Aufnahme zweier Steileinhelten (nicht gezeigt) geeignet ist. Dargestellt ist der Pol kern topf 15 mit einer äußere und einerinneren Wandung 16, 17 sowie mit einem Topfböden 18. An de im Wesentlichen offenen Topfoberseite ist ein Kragen 1 gestattet, de zumindest teilweise die Topfoberseite umläuft. Der Folkerntopi 1S bietet Raum: für die Aufnehme von zwer Sielleinhelten, zwischen den Stelleinnelten weist der Polkerntopf 15 eine Einschnürung 2.0; auf. Die Einschnürung 20 bewirkt eine Optimierung des erforderlichen Bauraums und resultiert aus einer Verechrinkiing zweier Zylinder. Am Boden 18 des Polkerntopfes 15 können nebe den Offnungen 21 zur Aufnehme der Polkernhülsen 22 (gezeigt In Flg. 4} zude ein oder mehrere yarbindungsöffnungen 23 von gesehen sein.

Di Verschränkung 24 ist deutlich erkennbar In F g , 3, irn gezeigten Beispiel Ist die Innere Wandung 17 des Poikemtopfes 15 in form der AuEenkontyr ineln- ander greifender r ispröfHe gestaltet. Die gestrichelt dargestellte Linie verdeutlicht di Reduzierung des erforderlichen Bauraurrs.: Darüber hinaus sind am Tüpfboden 1:8 Öffnungen 21 angeordnet, die der Aufnahme der Polkemhüh sen 22 (gezeigt in Fig. 5} dienen,

D!s Fig. 4 zeigt eine Ausfühmngsform der Jochseheibe 25, deren Kontur an die des Poikerntopfes 15 aus Fig. 2; 3 angepasst ist. Jeweils Im Mittelpunkt der Teilkreise befindet sieh eine JDG Nüise 28. Jochhülsen 28 und: Joehseheihe 25 sind einteilig mittels Umformung gefertigt.

Ein Ausführungs eispieS des Äktüafors :27 ist in F g. 5; veranschaulicht. Gezeig Ist der Po kernfepf 15 aus Flg. 2; 3, dessen oberes Ende mittels der jqehschei » be 25 aus Fig. 4 abgedeckt ist. Der Pol kerntopf TS Ist beispielhaft einteilig ausgeführt und dient .als Rückschlusselement Äm Boden 18 des Poikerntöpfes 15 sind Öffnungen 21 vorgesehen, die jeweils. eine : Polkernhülse 22 aufnehmen, beispielsweise Indem diese eingepresst werden. Am eheren Rand des Polkern-« topfes befindet sic ein Kragen 18% der zu der Festlegung der Jechseheib 25 dienen kann. Die Jochschelbe 25 ist genieinsam mit den Joch hülsen 28 in diesem Beispiel einteilig ausgestaltet, die Joehl ülsen 26: gehen - hier umform- technisch hergestellt - au der Jochscheib 25 hervor. Unter Einsobluss eines Luftspalts 2? umgreift die Jechbülse 28 den Anker 28, der In der unststoffu - spritzung 29 gelagert ist. Eine Änkerfuhrüngshülse 7 (gezeigt in Fig. 1 } ist den nach " nicht zwi ngen d erforde Hieb . Am Boden des Poikerntopfe können zwei Verbindungsbol rungen 23 (gezeigt in Flg. 2) vorgesehen sein, mittels derer ein Kynststofilriger 30 der gewiekelten ag net pule 9 mit dem Poikerntopf IS verbunden verbunden werden können. Die Verbindung kann über Kreuzdeme erfolgen (nicht dargestellt}, die arh unsistofl ge 30 angeordnet sind und, ggf. mit leichtem Ü ermaß i die Verblndungsbohry ngen 23 eingreifen .

Am Ku sfetoffträger 00 der Magnetspule 9 können darüber hinaus am Innendurchmesser sogenannte„Omshrlbs" vorgesehen sein (nicht dargestellt). Auf diese Welse kann eine Verbindung mit dem AuSendurehmeeser der jeweiligen j öoh uise 28■Hergestellt werden. Magnetspule B. t Pofkerntöpf 15 und Jpßh- scheiee 2S können somit ©in®, verbundene ' Baugruppe bilden.

Die weiteren Elemente des iuaiörs können beispielhaft der im Stand der Technik, bekannten Vorrichtung entsprechen,, die in Fig. 1 gezeigt wird..