(19) |
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EP 3 025 358 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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08.11.2017 Patentblatt 2017/45 |
(22) |
Anmeldetag: 16.05.2014 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2014/060094 |
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Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2015/010803 (29.01.2015 Gazette 2015/04) |
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(54) |
ELEKTROMAGNETISCHE STELLVORRICHTUNG UND SYSTEM ZUR VERSTELLUNG EINER FUNKTIONALITÄT
EINES KRAFTFAHRZEUGAGGREGATS
ELECTROMAGNETIC ACTUATING DEVICE AND SYSTEM FOR ADJUSTMENT OF A FUNCTIONALITY OF A
VEHICLE COMPONENT
DISPOSITIF DE COMMANDE ÉLECTROMAGNÉTIQUE ET SYSTÈME D'AJUSTEMENT DE FONCTIONNALITÉ
D'UN COMPOSANT DE VÉHICULE
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
(30) |
Priorität: |
26.07.2013 DE 102013108027
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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01.06.2016 Patentblatt 2016/22 |
(73) |
Patentinhaber: Eto Magnetic GmbH |
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78333 Stockach (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- GRÜNER, Maria
88696 Owingen-Billafingen (DE)
- RIGLING, Timo
78345 Moos (DE)
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(74) |
Vertreter: Behrmann, Niels |
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Behrmann Wagner Partnerschaftsgesellschaft mbB
Patentanwälte
Hegau-Tower
Maggistraße 5 (10. OG) 78224 Singen 78224 Singen (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
WO-A1-2008/155119 DE-A1-102009 015 486 DE-A1-102011 050 730
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DE-A1-102009 009 081 DE-A1-102011 003 760 DE-U1-202012 104 122
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung nach
dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, wie sie aus der
DE 10 2011 050 730 A1 oder der
DE 10 2011 003 760 A1 bekannt ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Verstellung
einer Funktionalität eines eine Verstellnut anbietenden Kraftfahrzeugaggregats unter
Nutzung einer solchen elektromagnetischen Stellvorrichtung.
[0002] Aus dem Stand der Technik sind elektromagnetische Stellvorrichtungen bekannt, welche
insbesondere und vorteilhaft als Nockenwellen-Verstellvorrichtungen für einen Verbrennungsmotor
Anwendung finden. Eine derartige, als gattungsbildend vorausgesetzte Vorrichtung offenbart
die
WO 2008/155119 A1 der Anmelderin, bei welcher die elektromagnetische Stellvorrichtung in Form eines
Mehrfach-Aktuators eine Mehrzahl von parallel zueinander geführten, von jeweils zugeordneten
Ankereinheiten angetriebene Stößelvorrichtungen aufweist, welche entsprechend einer
jeweiligen Stellposition mit einer Verstellnut der Nockenwellenverstellung in Eingriff
treten können. Eine einer jeweiligen der Stößeleinheiten zugeordnete Ankereinheit
weist dabei vorteilhaft einen (etwa aus einem zylindrischen, eine plante Fläche zum
Zusammenwirken mit einem dem Eingriffsende entgegengesetzten ankerseitigen Ende der
Stößeleinheit) ausgebildeten Mitnehmerabschnitt sowie einen langgestreckten Führungsstößel
auf, welcher in einem stationären Kern einer jeweiligen Ankereinheit (Ankermittel)
axial bewegbar geführt ist. Derartige Aktuatoren sind sowohl im Hinblick auf ihre
Betriebseigenschaften, als auch betreffend eine kostengünstige, großserientaugliche
Fertigung vorteilhaft und haben sich - auch über den beschriebenen und bevorzugten
Einsatzkontext der Nockenwellenverstellung hinaus - für eine Vielzahl von Stellanwendungen
bewährt und durchgesetzt.
[0003] Die Fig. 2 und 3 illustrieren die Ausgangssituation für die vorliegende Erfindung
in Form einer Weiterbildung der aus der
WO 2008/155119 bekannten Technologie, wobei die Fig. 2 einen in einem (hier zylindrischen) Gehäuse
10 aufgenommenen Doppelaktuator in Form eines Paares von jeweils von Spuleneinheiten
12 umschlossenen stationären Kernelementen 14, 16 zeigt, denen gegenüber jeweils Ankereinheiten
18 bzw. 20 parallel zu einer Gehäuse-Mittelachse 22 bewegbar antreibbar sind. In ansonsten
bekannter Weise erfolgt dieser Antrieb durch eine mittels der Spuleneinheiten 12 bei
jeweiliger Aktivierung erzeugte abstoßende Kraft auf Mitnehmerabschnitte 24 bzw. 26
der jeweiligen Ankereinheiten 18 bzw. 20, wobei diese Mitnehmerabschnitte axial magnetisierte
Permanentmagnetscheiben aufweisen; zur weiteren Erläuterung wird insoweit auch auf
die vorveröffentlichte
WO 2008/155119 verwiesen. An den Mitnehmerabschnitten 24 bzw. 26 ansitzende, langgestreckt-stößelartige
Ankerführungsabschnitte 28 bzw. 30 sind in einem Gehäuse-Führungsabschnitt axial beweglich
geführt und ermöglichen, dass die gegenüber den Führungsabschnitten 28, 30 verbreiterten
Mitnehmer 24 bzw. 26 dort jeweils exzentrisch aufsitzende und magnetisch haftende
Stößeleinheiten 34 bzw. 36 aus dem Führungsgehäuseabschnitt 32 herausführen können.
Endseitig treten dann Eingriffsenden 38 bzw. 40 der Stößel 34, 36 in einem (jeweils
anzusteuernden) herausgefahrenen Eingriffszustand in Eingriff mit einer zugeordneten
Steuernut der Nockenwellenverstellung und bewirken so in ansonsten bekannter Weise
die Verstellung der Motorfunktionalität, indem die Verstellnut mit darin eingreifendem
Stößelende eine Axialbewegung einer zugeordneten Nocken-Verstellwelle erzwingt.
[0004] Zur weiteren Erläuterung der Hintergründe und der daraus resultierenden Problematik
wird im Weiteren verwiesen auf die Schemadarstellungen der Fig. 4 bis 8, wobei zunächst
in einer ersten Schemadarstellung die Fig. 5 verdeutlicht, wie eine (lediglich schematisch
gezeigte) elektromagnetische Stellvorrichtung, konkret ausgebildet etwa in der Konfiguration
der Fig. 2, 3, mit einem Eingriffsende 40 eines Stößels im ausgefahrenen Zustand eingreift
in eine Stellnut 42 einer zur Verstellung vorgesehenen, um eine eigene Verstellachse
44 rotierenden Welle. Die Abwicklungen der Fig. 6 bzw. 7 zeigen, dass die Nut 42 um
den Umfang dieser Welle nicht etwa radial verläuft, sondern einen axialen Versatz
X, wie in Fig. 6 gezeigt, aufweist. Um diesen axialen Hub ist damit die Welle durch
das Eingreifen des Stößelendes 38 verschiebbar, nämlich dadurch, dass die (typischerweise
im Motorraum bzw. am Verbrennungsmotor selbst stationär und unbeweglich montierte)
elektromagnetische Stellvorrichtung mit ihrem exemplarisch gezeigten Stößel 36 (bzw.
dem zugeordneten Eingriffsende 40) im Eingriffszustand den in Fig. 7 gezeigten Weg
(gestrichelte Doppelpunkt-Linie 48) verfährt und dafür sorgt, dass der (entsprechend
entlang der Verstellachse 44 unbewegliche) Stößel mit seinem Stößelende durch das
Eingreifen in die Nut die Verstellung entlang des Hubes x in Fig. 6 bewirkt. Konkret
zeigt zur Illustration die Fig. 7 drei Positionen dieses eingreifenden Stößels, bezeichnet
mit dem Bezugszeichen 50 (für den Beginn des Eingreifens), 52 (für einen Punkt im
Eingriff-und Bewegungsablauf, bei welchem signifikante Kräfte durch das Stößelende
in die Nut 42 und damit auf die Welle übertragen werden) sowie 54, welcher insoweit
einen Endpunkt der Bewegung markiert, bei welchem typischerweise (durch geeignete
Nutausgestaltung, etwa Anhebung des Nutengrundes, der Stößel aus seiner ausgefahrenen
in eine eingeschobene Position zurückgeführt wird, etwa in die Position des rechtsseitigen
Stößels 36 der Fig. 2).
[0005] Die Fig. 8 verdeutlicht durch den grauen Pfeil 58 eine durch dieses Stellverhalten
des Stößels entstehende Problematik, insbesondere betreffend ein auf den Gehäuseabschnitt
32 und mithin die Verbindung des Gehäuseabschnitts 32 zum umgebenden Gehäuse 10 resultierenden
Drehmoments; zur weiteren Erläuterung werden die Pfeildiagramme der Fig. 4 herangezogen:
Dadurch, dass entsprechend dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Paar von Stößeleinheiten
(34 bzw. 36 in Fig. 2, Fig. 3), welche in den stirnseitigen Ansichten der Fig. 3 bzw.
4 durch eine Symmetrieachse 60 als Flächenhalbierende (sowohl einer Stirnfläche 62
des Gehäuseabschnitts 32, als auch einer umgebenden Stirnfläche 64 des Gehäuses 10)
verbunden sind, erzeugt der diskutierte Krafteintrag, visualisiert als Pfeil 58, ein
Drehmoment auf den Gehäuseabschnitt 32 relativ zum umgebenden Gehäuse 10. Die Fig.
4 erläutert die zugehörige Geometrie: Dadurch, dass entsprechend Pfeilrichtung 58
entlang der Wand der Nut 42 im Eingriffszustand 52 der Krafteintrag über das Eingriffsende
auf den Gehäuseabschnitt nicht rein radial erfolgt (bezogen auf einen Flächenmittelpunkt
66, welcher im beschriebenen Beispiel der Fig. 2, 3 gleichermaßen Flächenmittel- und
Flächenschwerpunkt sowohl für die vordere Führungs-Stirnfläche 62, als auch für die
Gehäusestirnfläche 64 ist), entsteht ein Drehmoment, welches durch den Drehpfeil 68
in Fig. 4 visualisiert ist. Geometrisch liegt dies daran, dass - vergleiche die Darstellung
der Fig. 4, bei welcher zusätzlich ein für einen Eingriffszustand etwa bei einem Rückstellen
in der Nut 42 durch den Stößel 34 erzeugter Kraftvektor 70 gezeigt ist -, die Kraftvektoren
sich entsprechend ihrer Verlängerung außerhalb des Mittelpunkts 66 treffen, mithin
ein Querhebel vorliegt.
[0006] In der mechanischen Konsequenz führt dann das durch die Darstellung 68 illustrierte
Drehmoment dazu, dass eine mechanische Verbindung zwischen dem Gehäuse-Führungsabschnitt
32 (hier mit einstückig ansitzendem, die Gehäusestirnfläche 64 ausbildenden Ringflansch)
und dem hohlzylindrischen Gehäuse 10, welche typischerweise über einen Presssitz oder
dergleichen Verbindung realisiert ist, belastet wird. Da in einem Kraftfahrzeug-Betriebskontext
ohnehin Vibrationen, thermische Beeinflussungen und weitere Kräfte auf diesen kritischen
Gehäuseübergang wirken, wird durch den eingangs zum Stand der Technik beschriebenen
Mechanismus die Belastung zusätzlich verstärkt.
[0007] Vor dem Hintergrund, dass während einer gesamten Einsatzdauer einer solchen Nockenwellen-Verstellvorrichtung
(damit praktisch während einer gesamten Motor-Lebensdauer) die Verbindung zwischen
dem Gehäuseabschnitt 32 und dem Gehäuse 10 stabil bleiben muss, ferner für Fluiddichtigkeit
der Vorrichtung gesorgt werden muss und vor dem Hintergrund, dass typischerweise in
einem Kraftfahrzeugmotor-Einbaukontext der zur Verfügung stehende Bauraum für mechanische
Verstärkungen oder Versteifungen begrenzt ist, entsteht das technische Problem, eine
Belastung dieses kritischen Verbindungsübergangs zwischen den Gehäuseabschnitten 10,
32 zu minimieren.
[0008] Entsprechend ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße
elektromagnetische Stellvorrichtung so weiterzubilden, dass eine potentiell nachteilige,
während des Stößeleingriffs in einen Stellpartner (etwa in die exemplarisch gezeigte
Verstellnut) erzeugte Querkraft auf den Stößel und den zugeordneten Gehäuse-Führungsabschnitt
zu keiner oder zumindest zu einer minimierten Beeinträchtigung der Gehäuseverbindung
zwischen dem Gehäuse-Führungsabschnitt und dem die Ankereinheiten aufnehmenden Gehäuse
führt. Dabei ist die grundsätzliche Lehre eines Versatzes einer Führungsöffnung einer
Stößeleinheit gegenüber einer durch einen Flächenmittelpunkt des Gehäuses laufenden
Linie als bekannt vorauszusetzen.
[0009] Die Aufgabe wird durch die elektromagnetische Stellvorrichtung mit den Merkmalen
des Hauptanspruchs sowie das System zur Verstellung einer Funktionalität eines eine
Verstellnut anbietenden Kraftfahrzeugaggregats nach dem unabhängigen Patentanspruch
10 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben, wobei insbesondere die die hauptanspruchsgemäße Stellvorrichtung weiterbildenden
Unteransprüche als gleichermaßen das System weiterbildende Ansprüche als zur Erfindung
gehörig offenbart anzusehen sind.
[0010] In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist, in Abkehr vom herangezogenen Stand der
Technik gemäß
WO 2008/155119 (bzw. gemäß Darstellung in den Fig. 2 bis 8) ein Versatz als Strecke bzw. Abstand
in der bzw. den Stirnflächen vorgesehen, um welchen die zwei Führungsöffnungen (Führungsbohrungen)
zum Herausführen der Stößeleinheiten (bzw. deren Eingriffsenden) von dem zugehörigen
Flächenmittelpunkt versetzt (entfernt) sind. Dies bedeutet, dass, etwa ausgehend vom
Beispiel der Fig. 4, die Anordnung der Stößelenden (bzw. der zugehörigen Durchbrüche)
in der Stirnfläche nicht mehr für die zwei Flächenachsen symmetrisch ist, vielmehr
die Stößelführungen aus mindestens einer Achsenmitte heraus in der Stirnfläche um
den Versatz versetzt bzw. vom Mittelpunkt beabstandet angeordnet sind. Im Idealfall
ist dieser Versatz entsprechend einem vorteilhaft anzunehmenden Angriffswinkel des
(durch die Nut im Eingriff bewirkten) seitlichen Kraftvektors auf das jeweilige Stößelende
im Bereich zwischen 5 und 40°, bevorzugt zwischen 10 und 30°, und weiter bevorzugt
zwischen 10 und 20° bemessen, so dass auf diese Weise dann der Kraftvektor durch die
(jeweilige) Flächenmitte, also den jeweiligen Flächenmittelpunkt bzw. Flächenschwerpunkt
verläuft und so bei diesem seitlichen Krafteintrag kein mechanisch nachteiliges Drehmoment
mehr auf den Gehäuse-Führungsabschnitt (relativ zum Anker-Gehäuseabschnitt) wirkt.
Mithin wird der Vorteil erreicht, dass gerade in einem langjährigen Dauerbetrieb bei
einer Vielzahl von Nuteneingriffen keine zusätzliche Belastung dieser kritischen Verbindungsstelle
entsteht.
[0011] In konstruktiv bevorzugter und weiterbildungsgemäß günstiger Weise hat es sich dabei
bewährt, die Führungsöffnungen (Führungsbohrungen) für die zwei Stößeleinheiten so
in der Stirnfläche anzuordnen, dass geometrisch die gedachte Verbindungsstrecke zwischen
diesen Führungsöffnungen (genauer: zwischen den axialen Mittelpunkten dieser jeweiligen
Öffnungen) so zum Flächenmittelpunkt angeordnet ist, dass die Mittelsenkrechte durch
die Verbindungsstrecke durch den Flächenmittelpunkt läuft.
[0012] Während im Rahmen von praktischen Realisierungen der Erfindung üblicherweise die
Führungsstirnfläche (also die Stirnfläche des Führungs-Gehäuseabschnitts) mittig-symmetrisch
innerhalb der Gehäusestirnfläche liegt und entsprechend die Flächenmittelpunkte für
beide Flächen zusammenfallen, sind gleichwohl Konstellationen denkbar, bei welchen
diese auseinanderfallen; hier würde es dann geboten sein, dass der erfindungsgemäße
Versatz insoweit für die Gehäusestirnfläche wirksam ist, um die nachteilige Drehmomentbelastung
der Gehäuseverbindung zwischen dem (Anker)gehäuse und dem Gehäuse-Führungsabschnitt
zu neutralisieren.
[0013] Entsprechend ist es weiterbildungsgemäß möglich und von der Erfindung umfasst, nahezu
beliebige Stirnflächenkonstellationen insbesondere des Führungsabschnitts vorzusehen,
wobei allerdings punkt- oder achsensymmetrische Umfangskonturen weiterbildungsgemäß
bevorzugt sind. Gleichermaßen ist es prinzipiell denkbar, auch die Stirnflächengeometrie
des (Anker)gehäuses beliebig auszugestalten (solange die Drehmomentbeaufschlagung
der Gehäuseverbindung auftreten kann), gleichwohl sind hier zylindrische Gehäuseformen
und mithin eine kreisförmige Stirnkontur bevorzugt.
[0014] Weiterbildungsgemäß im Rahmen der Erfindung ist eine Dimensionierungs- bzw. Konstruktionsvorschrift
für den erfindungsgemäßen Versatz vorgegeben. Einerseits ist es bevorzugt, diesen
Versatz durch den geometrischen Zusammenhang Versatz v = b x tan α zu beschreiben,
wobei b der Hälfte der Verbindungsstrecke zwischen den Führungsöffnungen (genauer:
deren Mittelpunkten) entspricht. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, bei typischen Nutgeometrien
den Winkel α auf einen Winkel zwischen 5° und 40° einzustellen, weiter bevorzugt auf
einen Bereich zwischen 10° und 30°, noch weiter bevorzugt auf einen Bereich zwischen
ca. 10° und 15°.
[0015] Alternativ kann die Dimensionierung für den Versatz v erfolgen, indem die Dimensionierungsvorschrift
v = a x sin α lautet, wobei a das Streckenmaß (Entfernung) einer Mittelachse einer
jeweiligen Führungsöffnung in der Stirnfläche zu einem Flächenmittelpunkt ist; sofern
nicht ohnehin der Flächenmittelpunkt der Führungsstirnfläche zusammenfällt mit dem
Flächenmittelpunkt der Gehäusestirnfläche, ist es bevorzugt, hier den Flächenmittelpunkt
der Gehäusestirnfläche zu wählen.
[0016] Weiterbildungsgemäß und im Rahmen einer bevorzugten Realisierungsform der Erfindung
ist es vorzusehen, eine jeweilige der Stößeleinheiten lösbar mit den Ankermitteln
zu verkoppeln, weiter bevorzugt durch das weiterbildungsgemäße Vorsehen der Mitnehmerabschnitte.
Auf diese Weise kann etwa eine jeweilige Stößeleinheit relativ zur Ankereinheit rotieren,
so dass auch diesbezüglich eine (potentiell für eine standzeit- bzw. lebensdauerschädliche)
Drehmomentaufnahme verhindert wird. Wiederum vorteilhaft weiterbildend ist das (entsprechend
lösbare) Aufsitzen der Stößeleinheit am ankerseitigen Ende permanentmagnetisch (nämlich
mittels der vorteilhaft ankerseitig ohnehin zu Antriebszwecken vorhandenen Permanentmagnetmitteln),
so dass günstige (lösbare) Haftwirkung kombiniert wird mit Drehbarkeit eines jeweiligen
Stößels, womit ein guter technischer Kompromiss zwischen mechanischer Entkopplung
einerseits (zum Zweck der Verringerung einer mechanischen Belastung der Stößel-Ankereinheit)
sowie einer Haftung und eines Kraftübertrags andererseits zwischen Anker und Stößel
gefunden werden konnte.
[0017] Wiederum weiterbildungsgemäß von Vorteil ist es vorgesehen, mindestens eine der Stößeleinheiten
an ihrem Eingriffsende durch gezielte Materialbeeinflussung oder Materialauswahl so
auszugestalten, dass diese zum Zusammenwirken mit dem vorgesehenen Stellpartner (also
typischerweise der Stellnut in der Nockenwellen-Verstelleinheit) bestmögliche Härte-
bzw. Verschleißeigenschaften aufweist. Der typischerweise aus einem Metallmaterial
realisierte Stößel kann zu diesem Zweck etwa in diesem Eingriffsbereich in besonderer
Weise verschleißfest ausgestaltet sein, etwa durch ein (lokales) Härten am Eingriffsende,
ergänzend oder alternativ ist es möglich, die langgestreckte Stößeleinheit entlang
ihrer Erstreckungsrichtung mit mehreren (typischerweise fest und unlösbar miteinander
verbundenen) verschiedenen Materialienabschnitten so auszugestalten, dass eine gewünschte
erhöhte Verschleißfestigkeit durch entsprechend harte und zu diesem Zweck optimierte
Materialien realisiert wird. Lediglich exemplarisch, gleichwohl zur Realisierung einer
solchen Weiterbildung gilt der Gegenstand der
DE 20 2012 104 122 der Anmelderin, insbesondere im Hinblick auf die Ausgestaltung des Eingriffsendes
der Stößeleinheit, die zugehörigen Herstellungsverfahren sowie Materialparameter,
als zur Erfindung gehörig in die vorliegende Anmeldung einbezogen.
[0018] Das erfindungsgemäß beanspruchte System stellt die erfindungsgemäße elektromagnetische
Stellvorrichtung in Beziehung zu dem Kraftfahrzeugaggregat, konkret dadurch, dass
die elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß Hauptanspruch im Zusammenwirken mit
der eine Verstellnut aufweisenden, axial verschiebbar gelagerten Verstellachse beansprucht
wird. Vorteilhaft ist diese zur Betätigung durch Eingriff mit dem Eingriffsende so
relativ zu der Stellvorrichtung positioniert, dass ein in einem Eingriffszustand von
der Verstellnut auf das Eingriffsende ausgeübter Kraftvektor sich (in der Projektion)
durch den Flächenmittelpunkt der Gehäusestirnfläche erstreckt, mit anderen Worten,
die Nutengeometrie mit der dadurch gegebenen Winkelvorgabe für den Kraftvektor und/oder
ein Abstand zwischen zwei benachbarten Stößeleinheiten in der Stirnfläche so eingerichtet
ist, dass erfindungsgemäß kein Drehmoment auf den Gehäuse-Führungsabschnitt wirkt.
[0019] Weiterbildend ist es dafür vorteilhaft, das Gehäuse mit einer zentralen Mittelachse
(welche dann typischerweise durch den Flächenmittelpunkt der Gehäuse-Stirnfläche läuft)
so auf die Verstellachse auszurichten, dass die jeweiligen Mittelachsen sich orthogonal
kreuzen.
[0020] Im Ergebnis erreicht die vorliegende Erfindung eine signifikante mechanische Verbesserung
der gattungsbildenden Technologie, dergestalt, dass durch gleichmäßiges Auslagern
mindestens einer der Stößeleinheiten aus der bzw. den Stirnflächen entlang mindestens
einer Achsendimension eine signifikante Drehmomentreduzierung (bis hin zu einer Drehmomentneutralisierung)
eines durch die Steuernut seitlich auf den betreffenden Stößel und damit auf die Gehäuseverbindung
zwischen Gehäuse-Führungsabschnitt und (umgebenden) Ankergehäuse wirkendes Drehmoment
erreicht werden kann.
[0021] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie genannter Zeichnungen; diese zeigen
in
- Fig. 1
- eine Schemadarstellung zum Verdeutlichen des erfindungsgemäßen Vorgehens beim Anordnen
von Führungsöffnungen (Führungsbohrungen) in der Führungsstirnfläche, hier bei einem
Paar von parallel zueinander geführten Stößeleinheiten;
- Fig. 2
- eine Längsschnittansicht durch eine Doppelaktuatorvorrichtung zur Nockenwellenverstellung
mittels eines Paares von Stößeleinheiten (als hausinterner, zum Anmeldungszeitpunkt
unveröffentlichter Stand der Technik);
- Fig. 3
- eine stirnseitige Ansicht auf die zentrale Führungsstirnfläche sowie die diese umgebende
Gehäusestirnfläche des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 (wobei insoweit II-II die Schnittlinie
für die Längsschnittansicht der Fig. 2 andeutet);
- Fig. 4
- eine Geometriedarstellung zum Verdeutlichen des Entstehens einer Drehmomentwirkung
auf die Gehäuseverbindung im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bei Kraftbeaufschlagung
entlang des Kraftvektors 58;
- Fig. 5 - 8
- schematische Einzeldarstellungen zum Verdeutlichen der bei einem Eingriff eines Eingriffsendes
einer Stößeleinheit in eine Stellnut entstehenden seitlichen Kräfte und
- Fig. 9
- eine Detaildarstellung aus der stirnseitigen Ansicht der Fig. 1 (genauer: des oberen
rechten Quadranten) zum Verdeutlichen von Details des erfindungsgemäßen Dimensionierens,
insbesondere zur Verdeutlichung der jeweiligen Abstände, Winkel und deren Beziehungen
zueinander.
[0022] Die Fig. 1 zeigt in schematischer Weise und analog der Darstellung zum (selbstgewählten)
Stand der Technik gemäß Fig. 4 die Realisierung der Erfindung am konkreten Ausführungsbeispiel
des Doppelaktuators, wie er in den Fig. 2 und 3 mit konstruktiven Details beschrieben
wurde. Soweit nachfolgend nicht anders erläutert, gelten die in den Figuren gezeigten
Details zur Ausführung gleichermaßen, wobei insbesondere, unter Berücksichtigung des
nachfolgend im Detail zu diskutierenden Versatzes v, die Realisierungsform von Fig.
1 bzw. Fig. 9 als Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Rückgriff auf die konstruktiven
Elemente der Fig. 2, 3 realisiert werden kann.
[0023] Konkret zeigt die Darstellung der Fig. 1, wie Eingriffsenden 38' bzw. 40' um einen
Versatz v entlang einer Symmetrieachse 80 aus dem Flächenmittelpunkt 66 verschoben
sind, damit der durch das Eingreifen in die Nut 42 (Fig. 5 bis 8 insoweit analog)
erzeugte seitliche Kraftvektor 58 nunmehr durch diesen Mittelpunkt 66 verläuft, entsprechend
durch diese Kraft (mangels Hebelarm) kein Drehmoment mehr auf das Gehäuse 32 gebracht
wird.
[0024] Die Detailvergrößerung der Fig. 9 erläutert, wie dieser Versatz v dimensioniert werden
kann: Zwischen den zueinander orthogonal stehenden, die Stirnfläche 62 aufspannenden
Achsen 80 bzw. 60 beschreibt v als Versatz dasjenige Maß, um welches ein Bohrungsmittelpunkt
82 der der Stößeleinheit 36 (bzw. dem zugeordneten Eingriffsende 40) zugeordnete Bohrung,
entlang der Achse 80, von der Achse 60 entfernt ist. Zur Vervollständigung eines rechtwinkligen
Dreiecks beschreibt b die Hälfte des Abstandes zwischen dem Paar von Stößeleinheiten
in der Stirnfläche (genauer: den Abstand zwischen den jeweiligen Mittelpunkten), und
das Maß a beschreibt als Hypotenuse die Strecke zwischen dem Mittelpunkt 66 und dem
Mittelpunkt 82.
[0025] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist durch den Nutverlauf der Nut 42 im kritischen
Bereich ein Winkel des Kraftvektors von α = 15° vorgegeben, so dass bei der Realisierung
bzw. Dimensionierung der elektromagnetischen Stellvorrichtung der Versatz v auf eine
der beiden folgenden Weisen eingerichtet werden kann:
wobei der Fachmann diejenige Dimensionierung wählen wird, welche einer jeweiligen
Vorgabe entspricht bzw. durch geometrische Einbaubedingungen gegeben ist. Typischerweise
besteht etwa das Interesse an einem Einbauort am Kraftfahrzeugmotor, um einen Abstand
zwischen den benachbarten Stößeln (und damit das Maß b) möglichst klein zu halten.
[0026] Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Vielmehr können beliebige andere Konfigurationen, auch betreffend die genaue Ausgestaltung
jeweils zugeordneter Ankereinheiten, deren Anordnung im Gehäuse oder dergleichen entsprechend
einem jeweiligen Anwendungsfall gestaltet und variiert werden, dies gilt etwa auch
für andere Ausgestaltungen des Gehäuses - beispielsweise kann das Gehäuse 32 mehrteilig
ausgeführt sein.
[0027] Schließlich ist die vorliegende Erfindung zwar besonders günstig geeignet für den
Einsatzkontext zur Verstellung einer Motorfunktionalität eines Verbrennungsmotors,
jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Einsatzzweck beschränkt, sondern es ist
prinzipiell möglich und von der Erfindung umfasst, auch andere Anwendungsgebiete dieser
optimierten Technologie zugänglich zu machen.
1. Elektromagnetische Stellvorrichtung mit
zwei Ankermitteln (24, 26, 18, 20), die zum Ausüben einer Stellkraft auf zwei entlang
einer Bewegungslängsachse langgestreckten, zueinander benachbart und parallel in einem
gemeinsamen Führungsabschnitt (32) eines die Ankermittel aufnehmenden Gehäuses bewegbar
geführten Stößeleinheiten (34, 36) ausgebildet sind,
wobei die Stößeleinheiten jeweils ein zum Zusammenwirken mit einer Stellnut eines
Kraftfahrzeugmotor-Verstellsystems ausgebildetes, zumindest in einem Eingriffszustand
aus dem Führungsabschnitt heraustretendes Eingriffsende (38, 40) aufweisen
und der gemeinsame Führungsabschnitt eine Führungsstirnfläche (62) ausbildet, in welcher
den zwei Stößeleinheiten zugeordnete Führungsöffnungen, insbesondere Führungsbohrungen,
freiliegen, dadurch gekennzeichnet, dass
eine durch Mittelachsen der nur zwei Führungsöffnungen, insbesondere Führungsbohrungen,
in der Führungsstirnfläche verlaufende Verbindungsstrecke (2b) einen Versatz (v) von
einem Flächenmittelpunkt (66), insbesondere Flächenschwerpunkt, der Führungsstirnfläche
ausbildet liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelsenkrechte der Verbindungsstrecke eine Symmetrieachse für die Führungsstirnfläche
und/oder die Gehäusestirnfläche ausbildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstirnfläche eine kreisförmige, ovale, rechteck- oder vieleckförmige Umfangskontur
ausbildet oder im Umfang Mischformen von diesen beschreibt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz so eingerichtet ist, dass der Zusammenhang gilt:
wobei b dem hälftigen Maß der Verbindungsstrecke
und α einem Winkel zwischen 5° und 40°, bevorzugt zwischen 10° und 30°, entspricht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz so eingerichtet ist, dass der Zusammenhang gilt:
wobei a der Entfernung einer Mittelachse einer der Führungsöffnungen in der Führungs-
und/oder Gehäusestirnfläche von einem jeweiligen Flächenmittelpunkt (66) und
α einem Winkel zwischen 5° und 40°, bevorzugt zwischen 10° und 30°, entspricht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (32) an oder in einem zumindest in einer Querrichtung gegenüber
der Führungsstirnfläche verbreiterten Ankergehäuse (10), bevorzugt drehfest, verbunden
ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Stößeleinheiten (34, 36) im Bereich des Eingriffsendes (38, 40)
aus einem eine erhöhte Verschleißfestigkeit aufweisenden Material realisiert ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankermittel einen zum lösbaren Aufsitzen einer zugeordneten der Stößeleinheiten
mit einem dem Eingriffsende gegenüberliegenden Ende ausgebildeten Mitnehmerabschnitt
(24, 26) anbieten.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Stößeleinheiten in dem Führungsabschnitt (32) drehbar geführt
ist und/oder die Stößeleinheiten (34, 36) zueinander parallel geführt sind.
10. System zur Verstellung einer Funktionalität eines eine Verstellnut (42) anbietenden
Kraftfahrzeugaggregats, insbesondere einer die Verstellnut aufweisenden Nockenwellenverstellvorrichtung
eines Verbrennungsmotors, mit einer elektromagnetischen Stellvorrichtung mit
einer Mehrzahl von Ankermitteln (24, 26, 18, 20), die zum Ausüben einer Stellkraft
auf eine Mehrzahl von entlang einer Bewegungslängsachse langgestreckten, zueinander
benachbart in einem gemeinsamen Führungsabschnitt (32) eines die Ankermittel aufnehmenden
Gehäuses bewegbar geführten Stößeleinheiten (34, 36) ausgebildet sind,
wobei die Stößeleinheiten jeweils ein zum Zusammenwirken mit einer Stellnut eines
Kraftfahrzeugmotor-Verstellsystems ausgebildetes, zumindest in einem Eingriffszustand
aus dem Führungsabschnitt heraustretendes Eingriffsende (38, 40) aufweisen
und der gemeinsame Führungsabschnitt eine Führungsstirnfläche (62) ausbildet, in welcher
der Mehrzahl der Stößeleinheiten zugeordnete Führungsöffnungen, insbesondere Führungsbohrungen,
freiliegen, und wobei
eine durch Mittelachsen der nur zwei Führungsöffnungen, insbesondere Führungsbohrungen,
in der Führungsstirnfläche verlaufende Verbindungsstrecke (2b) einen Versatz (v) von
einem Flächenmittelpunkt (66), insbesondere Flächenschwerpunkt, der Führungsstirnfläche
ausbildet,
und einer die Verstellnut (42) aufweisenden, axial verschiebbar gelagerten Verstellachse,
die zur Betätigung durch Eingriff mit dem Eingriffsende (40) so relativ zu der elektromagnetischen
Stellvorrichtung positioniert ist, dass die Projektion des Kraftvektors (58) auf die
Stirnfläche einer in einem Eingriffszustand von der Verstellnut auf das Eingriffsende
ausgeübten Kraft sich durch den Flächenmittelpunkt der Gehäusestirnfläche erstreckt.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Stellvorrichtung so relativ zur Verstellachse ausgerichtet
ist, dass die Verstellachse (44) sich orthogonal zu einer sich durch den Flächenmittelpunkt
(66) der Gehäusestirnfläche und parallel zur Bewegungslängsachse erstreckenden Mittelachse
(22) der Stellvorrichtung erstreckt und in dem Eingriffszustand axial bewegt werden
kann.
1. An electromagnetic actuating apparatus having
two armature means (24, 26, 18, 20) which are designed to exert an actuating force
on two tappet units (34, 36) which are extended in the longitudinal direction along
a longitudinal movement axis and are guided such that they can be moved adjacent to
one another in a common guide section (32) of a housing which accommodates the armature
means,
wherein the tappet units each have an engagement end (38, 40) which is designed to
interact with an actuating groove of a motor vehicle engine adjustment system and
projects from the guide section at least in an engaged state,
and the common guide section forms a guide end surface (62) in which guide openings
which are associated with the two tappet units, in particular guide bores, are open,
characterized in that
a connecting path (2b) which runs through centre axes of the only two guide openings,
in particular guide bores, in the guide end surface forms an offset (v) from a surface
centre point (66), in particular a surface centre of gravity, of the guide end surface.
2. The apparatus according to claim 1,
characterized in that the central normal of the connection path forms an axis of symmetry for the guide
end surface and/or the housing end face.
3. The apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the guide end face forms a circular, oval, rectangular or polygonal circumferential
contour or in its circumference describes mixed forms of these.
4. The apparatus according to any one of claims 1 to 3,
characterized in that the offset is set up such that the relationship applies:
where b is half of the length of the connection path
and α corresponds to an angle between 5° and 40°, preferably between 10° and 30°.
5. The apparatus according to any one of claims 1 to 4,
characterized in that the offset is set up such that the relationship applies:
where a is the distance to a central axis of one of the guide openings in the guide
end face and/or housing end face of a respective surface centre point (66) and
α corresponds to an angle between 5° and 40°, preferably between 10° and 30°.
6. The apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the guidance section (32) is connected on or in an armature housing (10) which is
distributed at least in a transverse direction in relation to the guide end face,
preferably in a rotationally fixed manner.
7. The apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least one of the tappet units (34, 36) in the region of the engagement end (38,
40) is implemented from a material having enhanced wear resistance.
8. The apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the armature means provide an actuator section (24, 26) designed for the releasable
mounting of one of the assigned tappet units with an end which is opposite the engagement
end.
9. The apparatus according to any one of claims 1 to 8, characterized in that at least one of the tappet units is rotatably guided in the guide section (32) and/or
the tappet units (34, 36) are guided parallel to each other.
10. A system for adjusting a functionality of a motor vehicle engine unit providing an
adjusting groove (42), in particular a camshaft adjustment device of a combustion
engine comprising the adjusting groove, having an electromagnetic actuating device
with
a multiplicity of armature means (24, 26, 18, 20), which are designed for exerting
an actuating force on a multiplicity of tappet units (34, 36) extended in the longitudinal
direction along a longitudinal movement axis and are guided such that they can be
moved adjacent to one another in a common guide section (32) of a housing which accommodates
the armature means,
wherein the tappet units each have an engagement end (38, 40) which is designed to
interact with an actuating groove of a motor vehicle engine adjustment system and
projects from the guide section at least in an engaged state,
and the common guide section forms a guide end surface (62) in which guide openings
which are associated with the multiplicity of tappet units, in particular guide bores,
are open, and wherein
a connecting path (2b) which runs through centre axes of the only two guide openings,
in particular guide bores, in the guide end surface forms an offset (v) from a surface
centre point (66), in particular a surface centre of gravity, of the guide end surface,
and
an adjustment axis, which comprises the adjusting groove (42) and is mounted axially
displaceably, and which for actuating by engagement with the engagement end (40) is
positioned relative to the electromagnetic actuating apparatus such that the projection
of the force vector (58) onto the end surface of a force exerted on the engagement
end by the actuating groove in an engaged condition extends through the flat surface
centre point of the housing end face.
11. The system according to claim 10, characterized in that the electromagnetic actuating apparatus is aligned relative to the adjustment axis
in such a way that the adjustment axis (44) extends orthogonally to a central axis
(22) of the actuating apparatus extending through the surface centre point (66) of
the housing end face and parallel to the longitudinal axis of motion, and can be moved
axially in the engaged condition.
1. Dispositif de réglage électromagnétique avec deux moyens d'ancrage (24, 26, 18, 20)
qui sont configurés pour exercer une force de réglage sur deux unités à coulisseau
(34, 36) allongées le long d'un axe longitudinal de déplacement, voisines l'une de
l'autre et guidées de façon mobile parallèlement dans une portion de guidage (32)
commune d'un boîtier recevant les moyens d'ancrage, les unités à coulisseau présentant
respectivement une extrémité de prise (38, 40) constituée pour la coopération avec
une rainure de réglage d'un système de réglage de moteur de véhicule automobile, sortant
de la portion de guidage au moins dans un état de prise, et la portion de guidage
commune constituant une face frontale de guidage (62) dans laquelle des ouvertures
de guidage, en particulier des alésages de guidage, affectées aux deux unités à coulisseau,
sont dégagées,
caractérisé en ce
qu'un tronçon de raccordement (2b) traversant des axes médians des seulement deux ouvertures
de guidage, en particulier des alésages de guidage, dans la face frontale de guidage
constitue un décalage (v) par rapport à un point central de surface (66), en particulier
un centre de masse de surface, de la face frontale de guidage.
2. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce que la médiatrice du tronçon de raccordement constitue un axe de symétrie pour la face
frontale de guidage et/ou la face frontale de boîtier.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que la face frontale de guidage constitue un contour circonférentiel circulaire, ovale,
rectangulaire ou polygonal, ou décrit circonférentiellement des formes mixtes de ces
contours.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que le décalage est agencé de telle sorte que l'on a la relation :
b correspondant à la demi-dimension du tronçon de raccordement, et α correspondant
à un angle entre 5° et 40°, de préférence entre 10° et 30°.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que le décalage est agencé de telle sorte que l'on a la relation :
a correspondant à la distance entre un axe médian de l'une des ouvertures de guidage
dans la face frontale de guidage et/ou face frontale de boîtier et un point central
de surface (66) respectif, et
α correspondant à un angle entre 5° et 40°, de préférence entre 10° et 30°.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la portion de guidage (32) est raccordée, de préférence bloquée en rotation, sur
ou dans un boîtier d'ancrage (10) élargi au moins dans une direction transversale
par rapport à la face frontale de guidage.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins une des unités à coulisseau (34, 36) est réalisée dans la zone de l'extrémité
de prise (38, 40) dans un matériau présentant une résistance accrue à l'usure.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage fournissent un tronçon d'entraînement (24, 26) constitué pour
la mise en place détachable de l'une des unités à coulisseau affectée avec une extrémité
opposée à l'extrémité de prise.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins une des unités à coulisseau est guidée de façon rotative dans la portion
de guidage (32) et/ou les unités à coulisseau (34, 36) sont guidées de façon parallèle
entre elles.
10. Système de réglage de la fonctionnalité d'un élément de véhicule automobile fournissant
une rainure de réglage (42), en particulier d'un dispositif de réglage d'arbre à cames
d'un moteur à combustion présentant la rainure de réglage, avec un dispositif de réglage
électromagnétique avec
une pluralité de moyens d'ancrage (24, 26, 18, 20) qui sont constitués pour exercer
une force de réglage sur une pluralité d'unités à coulisseau (34, 36) allongées le
long d'un axe longitudinal de déplacement, voisines l'une de l'autre et guidées de
façon mobile dans une portion de guidage (32) commune d'un boîtier recevant les moyens
d'ancrage,
les unités à coulisseau présentant respectivement une extrémité de prise (38, 40)
constituée pour la coopération avec une rainure de réglage d'un système de réglage
de moteur de véhicule automobile, sortant de la portion de guidage au moins dans un
état de prise, et la portion de guidage commune constituant une face frontale de guidage
(62) dans laquelle des ouvertures de guidage, en particulier des alésages de guidage,
affectées à la pluralité des unités à coulisseau sont dégagées, et
un tronçon de raccordement (2b) traversant des axes médians des seulement deux ouvertures
de guidage, en particulier des alésages de guidage, dans la face frontale de guidage
constituant un décalage (v) par rapport à un point central de surface (66), en particulier
un centre de masse de surface, de la face frontale de guidage,
et un axe de réglage présentant la rainure de réglage (42), supporté de façon axialement
coulissante, qui est positionné pour l'actionnement par une prise avec l'extrémité
de prise (40) relativement au dispositif de réglage électromagnétique de telle sorte
que la projection du vecteur de force (58) sur la face frontale d'une force exercée
sur l'extrémité de prise dans un état de prise de la rainure de réglage s'étend à
travers le point central de surface de la face frontale de boîtier.
11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de réglage électromagnétique est orienté relativement à l'axe de réglage
de telle sorte que l'axe de réglage (44) s'étend à angle droit par rapport à un axe
médian (22) du dispositif de réglage s'étendant à travers le point central de surface
(66) de la face frontale de boîtier et parallèlement à l'axe longitudinal de déplacement
et peut être déplacé axialement dans l'état de prise.
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