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Title:
MAGNETIC ACTUATOR COMPRISING A SLEEVE AS AN ARMATURE SLIDING BEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/177473
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a magnetic actuator (1) for adjusting a valve, comprising a magnet yoke element (3) accommodating an annular coil member (2), and an armature (6) which is arranged in an armature space (4) radially within a tubular yoke region (5) of the magnet yoke element (3) and which is guided by a guiding sleeve (7) in such a way as to be movable along the tubular yoke region (5), the guiding sleeve (7) being pressed into the tubular yoke region (5).

Inventors:
HOPPE JENS (DE)
WANG YI (DE)
Application Number:
PCT/DE2018/100274
Publication Date:
October 04, 2018
Filing Date:
March 26, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
H01F7/121; F16K31/00; H01F7/127; H01F7/16
Foreign References:
CH421297A1966-09-30
DE102014207988B32015-09-10
DE19713858A11997-10-30
DE2640612A11978-03-16
DE102014207988B32015-09-10
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Claims:
Patentansprüche

1 . Magnetaktor (1 ) zum Verstellen eines Ventils, mit einem einen ringförmigen Spulenkörper (2) aufnehmenden Magnetjochelement (3) sowie einem in einem Ankerraum (4) radial innerhalb eines rohrförmigen Jochbereiches (5) des Magnetjochelementes (3) angeordneten Anker (6), wobei der Anker (6) mittels einer Führungshülse (7) entlang des rohrförmigen Jochbereiches (5) verschiebbar geführt ist, wobei die Führungshülse (7) geschlitzt ausgebildet und in den rohrförmigen Jochbereich (5) eingepresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (7) in einer axialen Richtung gesehen gerade, wellenartig und/oder helixartig geschlitzt ausgebildet ist.

2. Magnetaktor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (7) durch einen Rollvorgang hergestellt ist.

3. Magnetaktor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Führungshülse (7) aus einem bandförmigen Rohling ausgeformt ist.

4. Magnetaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (7) gehärtet und/oder beschichtet ist.

5. Magnetaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (7) in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet ist.

6. Magnetaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (7) unter einer Vorspannung in einer Umfangsrichtung in dem Jochbereich (5) eingepresst ist.

7. Magnetaktor (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (7) derart ausgebildet ist, dass sie in einem entspannten Zustand einen Außendurchmesser aufweist, der größer als ein Innendurchmesser des Jochbereiches (5) ist.

8. Magnetaktor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (7) in einer axialen Richtung des Ankers (6) gesehen relativ zu dem Magnetjochelement (3) abgestützt ist.

Description:
Magnetaktor mit Buchse als Ankergleitlager

Die Erfindung betrifft einen Magnetaktor zum Verstellen eines Ventils, bevorzugt eines Ventils / Steuerventils eines Nockenwellenverstellers einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem einen ringförmigen Spulenkörper aufnehmenden (gehäuseartigen / gehäusefesten) Magnetjochelement sowie einem in einem Ankerraum radial innerhalb eines rohrförmigen Jochbereiches des Magnetjochelementes angeordneten Anker, wobei der Anker mittels einer Führungshülse entlang des rohrförmigen Jochbereiches verschiebbar (gleitend) geführt / gelagert ist, wobei die Führungshülse geschlitzt ausgebildet und in den rohrförmigen Jochbereich eingepresst ist.

Gattungsgemäßer Stand der Technik ist aus der DE 10 2014 207 988 B3 bekannt. In einer elektromagnetischen Stellvorrichtung ist eine Hülse auf dem Anker befestigt, wo- bei die Hülse durch ein Tiefziehen ausgeformt wird. Da bei einem Tiefziehen jedoch lediglich ein einziger Durchmesser der Hülse mit einer hohen Präzision gefertigt wird, ist bisher ein nachträglicher Schleifprozess notwendig. Durch diesen Schleifprozess soll eine hohe Genauigkeit der Ankerbaugruppe erfüllt werden. Dies liegt insbesondere daran, dass die Hülse als Gleitlagerfläche auf dem Weicheisen-Anker aufzupres- sen ist. Da hohe Anforderungen an die Güte dieser Lagerstelle gestellt sind und die Urform prozesse der Einzelteile stets relativ große geometrische Toleranzen mit sich bringen (Tiefziehen der Hülse und des rohrförmigen Jochbereiches, bzw. Sintern des Ankers), sind diese Einzelteile bisher durch eine zusätzliche Schleifoperation am Lageraußendurchmesser der Ankerbaugruppe nachzubehandeln.

Es ist daher durch den bisher umgesetzten Stand der Technik von Nachteil, dass die Herstellkosten durch den zusätzlichen Schleifprozess relativ hoch sind. Zudem kann es bei dem Schleifprozess zu einem Eintrag harter Schleifpartikel in die relativ weiche Lageroberfläche seitens des Ankers kommen. Ggf. kann auch eine scharfe Kante an der Hülse durch den Schleifprozess entstehen. Durch diese Begleitumstände kann der Verschleiß der Gleitlagerung deutlich erhöht werden. Dadurch wird insbesondere die Dauerhaltbarkeit der Lagerung negativ beeinträchtigt. Mit zunehmendem Verschleiß kommt es beim Magnetaktor zu einem rapiden Hysterese-Anstieg, was weitere nachteilige Auswirkungen auf den Betrieb hat.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung die aus dem Stand der Technik be- kannten Nachteile zu beheben und insbesondere einen Magnetaktor zur Verfügung zu stellen, bei dem dessen Herstellaufwand weiter reduziert sowie die umgesetzte Gleitlagerung verschleißresistenter ausgeführt ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Führungshülse in einer axialen Richtung gesehen gerade, wellenartig und/oder helixartig geschlitzt ausgebildet ist.

Da die Führungshülse geschlitzt / gespalten ist, wird das Einsetzen der Führungshülse in den Jochbereich bei der Montage besonders vereinfacht. Die Führungshülse braucht lediglich zusammengedrückt und in den Jochbereich axial eingeschoben wer- den. Bei einem Entspannen sitzt die Führungshülse dann selbsttätig im Jochbereich fest.

Die Führungshülse ist in einer axialen Richtung gesehen gerade und/oder wellenartig und/oder helixartig geschlitzt ausgeformt. Somit ist es besonders vorteilhaft, wenn sich zwischen zwei in Umfangsrichtung zugewandten Enden der Führungshülse ein sich in axialer Richtung gerade, wellenartig und/oder helixartig verlaufender Schlitz / Spalt ausbildet. Dadurch lässt sich ein Längentoleranzausgleich des die Führungshülse ausbildenden Rohlings im gerollten Zustand besonders einfach umsetzen. Durch das Einpressen der Führungshülse in den Jochbereich, anstatt eines Anbringens dieser auf dem Anker, wird alleine die Ausformung der Außengeometrie des Ankers deutlich vereinfacht. Der Anker braucht nun nicht mehr, wie bisher, zur Umsetzung der Presspassung auf die Führungshülse abgestimmt werden. Stattdessen wird der Presssitz nun zwischen dem wesentlich einfacher bearbeitbaren Jochbereich und der Führungshülse ausgebildet.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Führungshülse und/oder das Magnetjochelement, insbesondere in ihrem rohrförmigen Jochbereich, (vorzugsweise ausschließlich) durch einen Tiefziehvorgang ausgeformt / hergestellt sind. Der Anker ist zudem vor- zugsweise durch einen Sintervorgang ausgeformt / hergestellt. Dadurch ist der Magnetaktor besonders effizient hergestellt.

Ist der Magnetaktor als ein Zentralmagnetaktor ausgeführt, ist dieser besonders kompakt für den Einsatz an einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet.

Ist die Führungshülse durch einen Rollvorgang / ein Rollen hergestellt, wird der Herstellaufwand der Führungshülse weiter verringert.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Führungshülse direkt aus einem bandförmigen / streifenförmigen Rohling hergestellt / ausgeformt ist. Die Führungshülse, wird bevorzugt durch (Auf-)Rollen des bandförmigen (ebenen) Rohlings / Biegen des Rohlings zu einem Rohr ausgebildet. Dadurch wird der Herstellaufwand der Führungshülse wesentlich vereinfacht. Der Rohling ist bevorzugt aus einem amagnetischen / nicht-ferromagnetischen Werkstoff, besonders bevorzugt einem amagnetischen Metall, gebildet. Der Rohling besteht weiter bevorzugt aus einem amagnetischen Metallblech, besonders bevorzugt aus einem Edelstahlblech. Auch ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, wenn die Führungshülse gehärtet und/oder beschichtet ist.

Jedoch ist es nicht zwingend notwendig, die Führungshülse in Umfangsrichtung geschlitzt auszubilden. Stattdessen kann sie gemäß einer weiteren Ausführungsform auch in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet sein / vollständig umlaufen. Die Führungshülse ist weiter bevorzugt unter einer Vorspannung in einer Umfangs- richtung in dem Jochbereich eingepresst / befestigt. Dadurch wird eine selbstständige Befestigungskraft der Führungshülse an dem Jochbereich umgesetzt. Diesbezüglich ist es besonders zweckmäßig, wenn die Führungshülse derart ausgebildet ist, dass sie in einem entspannten Zustand (d.h. vor einem Vorspannen in Um- fangsrichtung sowie vor einem Einsetzen in den Jochbereich) einen (maximalen) Außendurchmesser aufweist, der größer als ein (minimaler) Innendurchmesser des Jochbereiches ist. Dadurch wird der Presssitz besonders kostengünstig hergestellt.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Führungshülse in einer axialen Richtung des Ankers gesehen relativ zu dem Magnetjochelement lagegesichert / abgestützt ist. Dadurch ist die Führungshülse während des Betriebes des Magnetaktors sicher in dem Magnetjochelement aufgenommen.

Diesbezüglich ist es besonders zweckmäßig, wenn die Führungshülse zwischen einem gehäuseseitigen Ende des Magnetjochelementes und einem gehäusefernen Anschlagelement, das bevorzugt als ein C-Pol ausgeführt ist, eingespannt ist. In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein zentraler Magnetaktor mit einer gerollten Hülse (Führungshülse), die eine Lagerung (Gleitlagerung) ausbildet und vorgespannt eingesetzt ist, umgesetzt. Die Hülse ist bevorzugt aus einem Metallblechband (aus einem amagnetischen Stahl) durch Rollen hergestellt und vorgespannt mit einem Magnetjochelement verbunden. Die Führungshülse kann gehärtet sein oder kann auch einen in axialer Richtung gerade oder helixartig verlaufenden Spalt aufweisen.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines in Längsrichtung geschnittenen erfindungsgemäßen Magnetaktors nach einem bevorzugten Ausführungs- beispiel, wobei der innere Aufbau des Magnetaktors im Bereich eines Ankers, eines Magnetjochelementes sowie einer zwischen dem Anker und dem Magnetjochelement eingesetzten Führungshülse erkennbar ist,

Fig. 2 eine Längsschnittdarstellung eines Unterzusammenbaus des Magnetaktors nach Fig. 1 aufweisend das Magnetjochelement, die Führungshülse sowie den Anker, und

Fig. 3 eine perspektivische schematische Darstellung der in den Fign. 1 und 2 eingesetzten Führungshülse, wobei besonders gut ein in axialer Richtung verlaufender Schlitz erkennbar ist.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver- sehen.

In Fig. 1 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Magnetaktors 1 nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Der Magnetaktor 1 ist als ein Zentralmagnetaktor ausgebildet. Der Magnetaktor 1 dient insbesondere zum Betätigen eines hydraulischen Nockenwellenverstellers (bevorzugt des Flügelzellentyps), wobei der Magnetaktor 1 im Betrieb (mit seinem Stößel 17) verstellend auf ein zentrales Steuerventil des Nockenwellenverstellers einwirkt. Der Magnetaktor 1 ist im Betrieb bevorzugt fest an einem Gehäuse / Motorgehäuse einer hier der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine befestigt.

Der Magnetaktor 1 ist prinzipiell gemäß der elektromagnetischen Stellvorrichtung der DE 10 2014 207 988 B3 aufgebaut, weshalb deren Offenbarungsgehalt für den weitere Aufbau des Magnetaktors 1 als hierin integriert gilt. Der Magnetaktor 1 weist ein Magnetjochelement 3 auf, das im Wesentlichen ringtopf- förmig / gehäuseartig ausgestaltet ist. Das Magnetjochelement 3 weist somit einen zentralen und rohrförmig verlaufenden Jochbereich 5 auf. Eine Längsachse des Joch- bereiches 5 ist mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet. Der Jochbereich 5 umschließt / definiert in einer radialen Richtung (der Längsachse 21 ) von außen einen Ankerraum 4. Der Ankerraum 4 ist zu einer ersten axialen Seite 8 des Magnetjochelementes 3 hin mit einem Bodenbereich 10 des Magnetjochelementes 3 abgeschlossen. Der Bodenbereich 10 schließt an den Jochbereich 5 axial an. Auf einer, der ersten axialen Seite 8 entgegengesetzten, zweiten axialen Seite 9 des Magnetjochelementes geht der Jochbereich 5 in einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden Seitenwandbereich 1 1 über. Der Seitenwandbereich 1 1 geht, in der radialen Richtung beabstandet zu dem Jochbereich 5, wiederum in einen sich axial (im Wesentlichen ko- axial zu dem Jochbereich 5) erstreckenden Hülsenbereich 12 über. Radial zwischen dem Hülsenbereich 12 und dem Jochbereich 5, d.h. radial außerhalb des Jochbereiches 5 ist ein Spulenaufnahmeraum 13 ausgebildet. In diesem Spulenaufnahmeraum 13 ist eine die Magnetspule des Magnetaktors 1 ausbildende Spuleneinheit in Form eines Spulenkörpers 2 fest aufgenommen. Der ringförmig ausgebildete Spulenkörper 2 erstreckt sich in Umfangsrichtung um den Jochbereich 5 herum.

Das Magnetjochelement 3 ist auf übliche Weise weiter mit einem Gehäuse 14 des Magnetaktors 1 verbunden / gehäusefest angebracht. An sich bildet das Magnetjochelement 3 somit einen ferromagnetischen Bereich des Gehäuses 14 mit aus. Das Gehäuse 14 ist wiederum im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet. Das Gehäuse 14 weist zumindest einen Befestigungsflanschabschnitt 15 auf, in dem ein Durchgangsloch 16 zum Aufnehmen eines Befestigungsmittels, wie einer Schraube, eingebracht ist. Das Gehäuse 14 ist im Betrieb anhand dieses Befestigungsmittels auf typische Weise an dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine angebracht.

Radial innerhalb des Jochbereiches 5, d.h. in dem Ankerraum 4, ist ein Anker 6, der einen Läufer des Magnetaktors 1 ausbildet, axial (entlang der Längsachse 21 / des Jochbereiches 5) verschiebbar aufgenommen. Der Anker 6 besteht aus einem Läuferelement 18 sowie einem Stößel 17. Das Läuferelement besteht typischerweise aus einem ferromagnetischen Material, wohingegen der Stößel 17 aus einem amagnetischen Material ausgebildet ist. Der Stößel 17 ragt aus dem Magnetjochelement 3 / Jochbereich 5 in axialer Richtung hinaus. Das Läuferelement 18 ist innerhalb des Ankerraums 4 verschiebbar gelagert. Der Anker 6 ist dabei auf typische Weise mittels einer Führungshülse 7 in dem Jochbereich 5 gleitgelagert / gleitend geführt. Die Führungshülse 7 ist erfindungsgemäß fest in dem Jochbereich 5 eingesetzt, nämlich eingepresst. Die Führungshülse 7 ist somit mit dem Magnetjochelement 3 fest verbunden. Die Führungshülse 7 ist prinzipiell derart ausgebildet, dass sie unter einer Vorspannung in einer Umfangsrichtung in dem Jochbereich 5 eingepresst ist. Somit ist die Führungshülse 7 in einem Presssitz 22 in dem Jochbereich 5 fixiert. An einer radi- alen Innenumfangsseite der Führungshülse 7, die als Gleitfläche dient, ist eine radiale Außenumfangsseite des Läuferelementes 18 gleitend geführt. Die beiden axialen Endstellungen des Ankers 6 werden insbesondere durch den Bodenbereich 10, zu der dem Gehäuse 14 zugewandten ersten axialen Seite 8 hin, sowie durch ein fest mit dem Magnetjochelement 3 verbundenes Anschlagelement 19 in Form eines C-Poles, zu der dem Gehäuse 14 abgewandten zweiten axialen Seite 9 hin umgesetzt. Auch ist die Führungshülse 7 in axialer Richtung zwischen dem Bodenbereich 10 und dem Anschlagelement 19, wie in Fig. 2 gut erkennbar, in axialer Richtung gesichert.

Die Führungshülse 7, wie dann weiter in der schematischen Darstellung nach Fig. 3 ersichtlich, ist prinzipiell aus einem bandförmigen, zu einem Rohr gebogenen Blechrohling hergestellt. Insbesondere besteht die Führungshülse 7 aus einem Edelstahlblech. Die Führungshülse 7 ist aus dem bandförmigen Blechrohling derart geformt, dass der bandförmige Blechrohling, zur der Ausbildung der rohrförmigen Führungshülse 7, gerollt wird. Des Weiteren ist die Führungshülse 7 in diesem Ausführungsbei- spiel gehärtet sowie beschichtet.

Im Bereich ihrer in Umfangsrichtung aneinander grenzenden Enden / Kanten ist die Führungshülse 7 in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Schlitzes 20 / Spaltes versehen. Der Schlitz 20 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel ausschließlich in axi- aler Richtung (in Bezug auf die Längsachse 21 ) gerade. Es sind jedoch auch andere Ausführungen des Schlitzes 20 prinzipiell denkbar. In diesem Zusammenhang ist es weiter bevorzugt, wenn der Schlitz 20 in einer weiteren Ausführungsform wellenförmig oder helixförmig verläuft. Auch eine Kombination von geraden, helixförmigen und/oder wellenförmigen Abschnitten in axialer Richtung gesehen, ist prinzipiell denkbar. Des Weiteren ist es auch möglich, die Führungshülse 7 ungeschlitzt auszuformen, etwa in Form eines vollständig in Umfangsrichtung umlaufenden Rohres. Der Presssitz der Führungshülse 7 in dem Jochbereich 5 wird insbesondere dadurch gewährleistet, dass die Führungshülse 7 in ihrem unmontierten Zustand, d.h. in ihrem entspannten Zustand, mit ihrem maximal vorhandenen Außendurchmesser größer ausgestaltet ist als ein minimal vorhandener Innendurchmesser des Jochbereiches 5 (im Bereich des Presssitzes 22). Zum Einschieben und Befestigen der Führungshülse 7 in den Jochbereich 5 braucht die Führungshülse 7 des vorliegenden Ausführungsbeispiels lediglich in Umfangsrichtung (und somit auch in radialer Richtung, unter Reduzierung des maximalen Außendurchmessers solange bis dieser kleiner als der minimale Innendurchmesser des Jochbereiches 5 ist) komprimiert / vorgespannt werden und unter Vorspannung in den Jochbereich 5 axial eingeschoben werden. Die Füh- rungshülse 7 ist so dimensioniert und auf den Jochbereich 5 abgestimmt, dass sie nach einem darauffolgenden teilweisen Entspannen immer noch, unter Ausbildung des Presssitzes 22, unter Vorspannung in Umfangsrichtung / in radialer Richtung in dem Jochbereich 5 sitzt. In anderen Worten ausgedrückt, kommt es durch die erfindungsgemäße Lösung zu einer Verlagerung des amagnetischen Gleitpartners (hier einer Edelstahlfläche (an Führungshülse7)) vom beweglichen Teil des Magneten / Magnetaktors 1 (Anker 6) in das unbeweglichen Teil (Gehäuse (Magnetjochelement 3)). Auch kommt es zu einem Fertigungsverfahren "Rollen", was es ermöglicht, die für die Funktion entscheidende, eng tolerierte Wandstärke ohne einen zusätzlichen Schleifprozess zu erreichen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ankerlagerung als gerolltes Edelstahlband, welches ggf. gehärtet oder beschichtet ist, ausgebildet. Eine radiale Fixierung der Hülse 7 wird durch Vorspannung, die sich durch einen größeren Außendurchmesser der Hülse 7 im Vergleich zum Innendurchmesser des Jochrohrs (Jochbereiches 5) ergibt, umgesetzt. Eine axiale Fixierung der Hülse 7 erfolgt durch Begrenzung (mit o- der ohne einen Spalt 20) zwischen dem eingepresstem C-Pol 19 und dem Gehäuseende. Es kann ein axialer oder anders geformter Spalt (Helix, Welle, ...) zwischen den Enden des gerollten Edelstahlbands als Längentoleranzausgleich des Bandes ausgebildet sein. Alternativ wäre auch eine nicht geschlitzte Variante der Hülse 7 denkbar oder aber andere amagnetische Materialien denkbar.

Bezuqszeichenliste Magnetaktor

Spulenkörper

Magnetjochelement

Ankerraum

Jochbereich

Anker

Führungshülse

erste axiale Seite

zweite axiale Seite

Bodenbereich

Seitenwandbereich

Hülsenbereich

Spulenaufnahmeraum

Gehäuse

Befestigungsflanschabschnitt

Durchgangsloch

Stößel

Läuferelement

Anschlagelement

Schlitz

Längsachse

Presssitz