DE102007020092B4

DE102007020092B4 - Schaltbare Magnetanordnung

Info

Publication number: DE102007020092B4
Application number: DE200710020092
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schonlau; Thorsten Hillesheim; Stefan Jaschke; Markus Ermert; Michael Stockschläder
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: WO2008131833A1; DE102007020092A1

Abstract

Schaltbare Magnetanordnung mit mindestens zwei Elektromagneten (4),
– wobei jeder Magnet (4) eine Erregerspule (7) aufweist, die konzentrisch einen bei Strombeaufschlagung in axialer Richtung beweglichen Hubankerkolben (8) umgibt,
– eine elektrische Kontaktierung (18) aufweist
– und der magnetischen Fluss jedes Magneten (4) aber ein scheibenförmiges Jochteil (19), einem Konus (10) und einem die Erregerspule (7) zumindest teilweise umgebendes rohrförmiges Gehäuse (5) geschlossen ist,
– dadurch gekennzeichnet, dass das Jochteil (19) als Einlegeteil für beide Magnete (4) ausgestaltet und jeweils eine zentrische Bohrung (14) als Zentrieröffnung zur radialen und axialen Positionierung der beiden Magnete (4) in Bezug auf eine zentrale Achse (3) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Magnetanordnung entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Solche schaltbaren Magnetanordnungen finden z. B. Anwendung bei einer proportionalen drehzahlabhängigen Verstellung einer Ein- und Auslassnockenwelle bei Pkw Motoren. Die Verstellung dient zur Drehmomentenanhebung bei niedrigeren Drehzahlen und zur Schadstoff- und Verbrauchsreduzierung. Derartige Magnetanordnungen sind mechanisch mit dem Verbrennungsmotor verbunden, wobei ein Kunststoffgehäuse mit Befestigungsflansch jeden Magneten teilweise oder ganz umgeben und jeweils ein Anschlussflasch zur Montage des Magneten an weitere Teile vorgesehen ist ( DE 102 38 840 A1 ).
Je Zylinderbank werden zwei Einzelmagnete sowie zwei Hallsensoren auf einen Aluminium-Druckgussdeckel durch Anschrauben befestigt. Dieser Druckgussdeckel wird während der Motormontage wiederum positioniert und angeschraubt. Jede Funktionsgruppe Magnet und Sensor ist mit einem eigenem Dichtelement (O-Ring) sowie einem eigenen Stecker zur elektrischen Kontaktierung ausgerüstet.
Die proportionale drehzahlabhängige Verstellung einer Ein-/Auslassnockenwelle bei Pkw-Motoren dient zur Drehmomentenanhebung bei niedrigen Drehzahlen und zur Schadstoff- und Verbrauchsreduzierung. Hierzu wird ein Mehrwegeproportionalventil im Motorraum direkt am Zylinderkopf angeschraubt. Betätigt wird das einzelne Ventil durch einen Proportionalmagneten. Als Eingangssignal des Magneten wird die pulsmodulierte Bordspannung des Pkw verwendet. Durch Veränderung des Tastverhältnisses der Bordspannung wird über den einzelnen Magneten die Ventilkolbenstellung bzw. der Ölvolumenstrom variabel gesteuert. Durch die Veränderung des Volumenstromes wird die Aus- und Eingangsnockenwelle relativ zur Kurbelwelle verstellt. Diese Verstellung beeinflusst die Steuerzeiten der Aus- und Eingangsventile.
Durch die Montage der Magnetanordnung direkt am Motorblock ist der Bauraum, insbesondere die Bauhöhe eingeschränkt. Auch bezüglich der Dichtung sind hohe Anforderungen zustellen. Es muss verhindert werden, dass zwischen Metall und Kunststoffteilen der Abdeckung Leckagepfade auftreten.
DE 199 24 814 A1 zeigt eine schaltbare Magnetanordnung aus zwei Magneten zur elektromagnetischen Ventilsteuerung, bei der die Joche der Elektromagnete aus mehreren, miteinander verbunden Teilen bestehen. Die beiden Joche sind jedoch über ein nicht magnetisch geformtes Distanzstück getrennt.
DE 101 25 223 A1 zeigt eine Magnetanordnung mit mindestens einer Erregerspule, die mit einem Jochteil mittels Kunststoffmasse verbunden ist. Die Kunststoffmasse umschließt die Spule teilweise nach außen und wird in einem Spritzgießverfahren in Hinterschneidungen des Jochteils dichtend an den Spulenkörper eingespritzt.
EP 1 477 995 A1 zeigt eine schaltbare Magnetanordung mit mehreren feststehenden Elektromagneten, wobei jeder Magnet eine Erregerspule aufweist und der magnetische Fluss jedes Magneten über eine gemeinsame Kappe für alle Magnete, die als magnetischen Jochteil wirkt, geschlossen ist. Alle Elektromagnete zusammen wirken auf einen senkrecht zu den Magneten angeordnete Rotationsscheibenanker.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Magnetanordnung vorzusehen, deren Baugröße und im Wesentlichen die Bauhöhe reduziert ist und deren Montage am Moorblock eines Pkws verglichen zum Stand der Technik vereinfacht ist. Die Lösung erfolgt in Verbindung mit dem Oberbegriff durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Magnete. Dadurch können die Anschraubprozesse der Einzelmagnete und Sensoren entfallen.
Das Einlegteil umfasst in einer bevorzugten Ausführung einen versteifter Metalleinleger aus magnetisch leitendem Material in Form einer Brille. Durch die Brillenform wird die Positionierung des Magnetkreises noch verbessert. Der Magnettopf wird bei der Montage an der Jochbrille durch diese fixiert.
Die radiale und axiale Positionierung der beiden Magnete in Bezug auf eine zentrale Achse kann vorzugsweise durch Aufnahme eines Zentrierelementes wie z. B. des Joches in einer Zentrieröffnung der Jochbrille erfolgen. Der Ankerkolben ist dabei im Joch geführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann die Positionierung der beiden Magnete durch Aufnahme in eine Dichthülse in der gestanzten Bohrung des Einlegers oder der Jochbrille erfolgen. Die Dichthülse ist dabei einseitig geschlossen und ist mit ihrem offenen Ende an einem rohrförmigen Gehäuse jedes Magneten axial aufgeschweißt. Sie dient gleichzeitig als Führungshülse für den Anker. Durch das axiale Anschweißen können der von der nicht magnetisierbaren Dicht- bzw. Führungshülse umgriffene Anker jedes Magneten und das Gehäuseteil radial aneinander angrenzen und somit einen durchgehenden magnetischen Fluss gewährleisten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die elektrische Kontaktierung der Magnetanordnung zentral über das Einlegeteil geführt. Die elektrische Kontaktierung erfolgt zentral oberhalb der Jochbrille. Dadurch sind Einzelkontaktierungen der beiden Magnete nicht mehr erforderlich.
Die gemeinsame elektrische Kontaktierung umfasst auch zusätzliche im Modul angeordnete Sensoren, deren Einzelkontaktierung damit entfällt. So erfolgt vorzugsweise die elektrische Kontaktierung der Hallsensoren über den gleichen Steckerabgang, wie für die PWM gesteuerte Versorgungspannung der Magnete.
Die Sensoren sind dabei vorteilhaft durch Schneid-Klemmtechnik an ein Stanzgitter kontaktiert, das, wie die Jochbrille, als weiteres Einlegeteil ausgeführt ist. Die Sensoren können somit ebenso wie die Magnete als fertige Baugruppe eingebaut werden.
In einer weiteren vorteilhaften Anordnung ist die die elektrische Kontaktierung quer zur Einbaurichtung der Magnetbaugruppe angeordnet. Der Steckerabgang kann somit waagerecht oder seitlich angeordnet sein. Die seitliche oder waagerechte Kontaktierung kann nach einem Bewickeln eines Spulenkörpers montiert werden, wodurch die Bauraumhöhe der Anordnung zusätzlich verkleinert werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin begründet, dass durch den waagerechten Steckerabgang die Komplexität eines Spritzgußwerkzeuges für die Montage verringert werden kann.
Das flussführende Gehäuse beider Magnete ist vorteilhaft in eine gemeinsame Kunststoffhaube integriert, welche zusätzlich die Kontaktierung und die Sensoren umfasst. Diese Haube umfasst ein eingespritztes Stanzgitter, die Sensoren und den vollständigen Magnetkreis. Die Abdichtung gegenüber dem Einbauort erfolgt durch Vergussmasse im Steckerbereich. Die Einlegeteile werden zusätzlich mit eine Riffelung versehen zur Verlängerung eines Kapilar-Leckagepfades.
Alle Einlegeteile (Stanzgitter und Jochbrille) sind von den Abdeckelementen der Haube abgedeckt und bilden somit keine Nebenleckagepfade.
Die Kunststoffhaube weist vorteilhaft ein Gehäusedeckel auf, der durch eine Kunststoffmasse gebildet ist und die Kunststoffmasse mindestens einen Anschlußflansch zur Montage der Magnetanordnung aufweist. In die Kunststoffmasse ist die elektrische Kontaktierung eingebettet, wobei die Kunststoffmasse das Steckergehäuse bildet.
Die Kunststoff- oder Modulhaube kann so gestaltet werden, das die Sensoren durch Einbau in einen Sensorhalter sowohl als Standardteil verwendet werden können, als auch das ein Sensorteilmodul zum Einsatz kommt, bei dem die Anzahl der anzubringenden Kontaktierungen zwischen dem Stanzgitter und den Sensoren nochmals reduziert werden können. Dazu müssen an der Modulhaube geeignete Schnittstellen zur Aufnahme des Sensorteilmoduls geschaffen werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung.
Ausführungsbeispiel
1 zeigt einen Längsquerschnitt durch eine erfinderische Magnetanordnung
2 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung einzelne Bauelemente der Anordnung nach 1.
Die Magnetanordnung 1 ist in einer gemeinsamen Kunststoffhaube 2 integriert, die mit nicht dargestellten Schrauben zum Beispiel an einem Motorblock eines Pkw befestigt wird. Die Haube 2 ist vorzugsweise in Zwei-Komponenten-Spritzguss hergestellt und ist mit einem Profildichtring abgedichtet. Die Magnetanordnung 1 dient vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, der Nockenwellenverstellung.
Die Magnetanordnung, wie dies aus 1 und 2 ersichtlich ist, besteht aus zwei baugleich aufgebauten Proportionalmagneten 4, die rechts und links einer zentralen Achse 3 (1) angeordnet sind. Der Einzelmagnet 4 ist außen von einem rohrförmigen, magnetflussführenden Gehäuse 5 umgeben, das vorzugsweise als Rollmantel ausgeführt ist, und einen Spulenkörper 6 umhüllt, der eine stromdurchflossene Erregerspule 7 trägt. Der zylinderförmige Spulenkörper 6 umgibt konzentrisch einen zylindrischen Hubankerkolben 8, der durch die Bestromung in der Erregerspule 7 axiale Hubbewegungen ausführt. Der Ankerkolben 8 ist mit einer Betätigungsstange 9 für die Ventilfunktion verbunden, die einen scheibenförmigen Konus 10 durchdringt und einen Rückschluss des Magnetkreises bildet. Der scheibenförmige Rückschluss nimmt gleichzeitig den Konus 10 des einzelnen Magneten 4 auf.
Der Hubankerkolben 8 ist in einer einseitig geschlossenen Dichthülse 11 geführt und gelagert, die sich vom Konusbereich (unten in 1) längs der axialen Länge des Ankerkolbens 8 bis in den Jochbereich des Magneten 4 erstreckt. Die Hülse 11 ist an ihrem dem Konus 10 zugewandten Ende mit einem scheibenförmigen Teil des Konusses 10, der Konusscheibe, verschweißt, die wiederum fest mit dem Gehäuse 5 fest verbunden ist. Der geschlossene Teil der Dichthülse 11 erstreckt sich axial (oben) über den Jochbereich hinaus.
Der Hubankerkolben 8 ist in einem massiven Joch 19 mit z. B. integriertem Lager 21 sowie in einem in den Konus 10 montierten weiteren Lager 22 geführt und gelagert. Das Jochteil 19 ist erfindungsgemäß als ein einziges Einlegeteil für beide Magnete 4 ausgeführt und ist in Kunststoffmasse eingebettet und weist die Form einer festen und steifen Metallbrille 12 auf, wie dies insbesondere aus 2 ersichtlich ist. Die beiden scheibenförmigen Rundteile 13 der Brille 12 weisen eine gestanzte Zentrierbohrung 14 als Zentrieröffnung für die Dichthülse 11 jedes Magneten 4 auf. Die Magnetanordnung bildet damit ein Modul, damit kann der Aufbau der Magnetanordnung modular gestaltet werden.
Die elektrische Kontaktierung der beiden Magnete 4 erfolgt über ein Stanzgitter 15 (2), das zentral im Stegbereich 20 der Jochbrille 12 für beide Magnete 4 angeordnet ist und die elektrische Versorgung sowohl der beiden Magnete 4 als auch die der zusätzlichen Sensoren übernimmt, die insbesondere bei der Nockenwellenverstellung im Magnetmodul angeordnet sind. Das Stanzgitter 15 ist, ebenso wie die Jochbrille 12, als Einlegeteil ausgeführt.
Beide Magnete 4 sind zusammen in einer Kunststoff- oder Modulhaube 2 integriert, in dem rohrförmige Sensorhalter 17 vorgesehen sind, in die die Sensoren eingebaut sind, wobei die Sensoren ebenfalls über das Stanzgitter 15 kontaktiert werden. Quer zur Einbaurichtung der beiden Magnete 4 sind in der Haube 2 ein waagerecht angeordneten Stecker 16 (2) vorgesehen, der elektrisch mit dem Stanzgitter 15 verbunden ist.
Die Modulhaube 2 kann so gestaltet werden, das die Sensoren durch Einbau in den Sensorhalter 17 sowohl als Standardteil verwendet werden können, als auch das ein Sensorteilmodul zum Einsatz kommt, bei dem die Anzahl der anzubringenden Kontaktierungen zwischen Stanzgitter 15 und den Sensoren nochmals reduziert werden können. Dazu müssen an der Modulhaube 2 geeignete Schnittstellen zur Aufnahme des Sensorteilmoduls geschaffen werden.
Die Kontaktierung der Erregerspule 7 an das Stanzgitter 15 erfolgt mit einer seitlich angeordneten Kontaktierung 18. Die seitliche Anordnung hat den Vorteil, dass sie auch nach dem Bewickeln des Spulenkörpers 6 montiert werden kann, wodurch wiederum axialer Bauraum eingespart wird. Der Sensor wird durch Schneidklemmkontakt am Stanzgitter 15 verbunden.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel. Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.
Bezugszeichenliste

1: Magnetanordnung
2: Kunststoffhaube
3: Zentrale Achse
4: Magnet
5: Rohrförmiges Gehäuse
6: Spulenkörper
7: Erregerspule
8: Hubankerkolben
9: Betätigungsstange
10: Konus
11: Dichthülse
12: Brille
13: Rundteil
14: Zentrierbohrung
15: Stanzgitter
16: Stecker
17: Sensorhalter
18: Kontaktierung
19: Jochteil
20: Stegbereich
21: Lager
22: Lager

Claims

Schaltbare Magnetanordnung mit mindestens zwei Elektromagneten (4), – wobei jeder Magnet (4) eine Erregerspule (7) aufweist, die konzentrisch einen bei Strombeaufschlagung in axialer Richtung beweglichen Hubankerkolben (8) umgibt, – eine elektrische Kontaktierung (18) aufweist – und der magnetischen Fluss jedes Magneten (4) aber ein scheibenförmiges Jochteil (19), einem Konus (10) und einem die Erregerspule (7) zumindest teilweise umgebendes rohrförmiges Gehäuse (5) geschlossen ist, – dadurch gekennzeichnet, dass das Jochteil (19) als Einlegeteil für beide Magnete (4) ausgestaltet und jeweils eine zentrische Bohrung (14) als Zentrieröffnung zur radialen und axialen Positionierung der beiden Magnete (4) in Bezug auf eine zentrale Achse (3) aufweist.
Magnetanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegteil einen versteifter Metalleinleger in Form einer Brille (12) umfasst.
Magnetanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung durch Aufnahme eines Zentrierelementes wie z. B. des Joches (19) in den Zentrieröffnungen der Jochbrille (14) erfolgt.
Magnetanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerkolben im Joch (19) geführt ist.
Magnetanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung der beiden Magnete (4) durch Aufnahme einer zusätzlichen Dichthülse (11) in der zentrischen Bohrung (14) des Einlegers erfolgt.
Magnetanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (11) einseitig geschlossen ist und mit ihrem offenen Ende auf ein scheibenförmiges Teil des Konusses (10) axial aufgeschweißt ist.
Magnetanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerkolben in der Dichthülse (11) geführt ist.
Magnetanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Boden der Dichthülse in axialer Richtung über das Jochteil (19) hinausragt.
Magnetanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung (18) zentral oberhalb der Jochbrille (12) erfolgt.
Magnetanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung (18) über ein Stanzgitter (15) erfolgt.
Magentanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich über die elektrische Kontaktierung (18) Sensoren angeschlossen sind.
Magnetanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren durch Schneid-Klemmtechnik an das Stanzgitter (15) kontaktiert sind.
Magnetanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzgitter (15) als weiteres Einlegeteil ausgebildet ist.
Magnetanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung (18) quer zur Einbaurichtung des Spulenkörpers (6) erfolgt.
Magnetanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beide Magnete (4) von einer gemeinsamen Kunststoffhaube (2) umgeben sind, welche zusätzlich einen Stecker (16) umfasst.
Magnetanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffhaube (2) einen Gehäusedeckel aufweist, der durch eine Kunststoffmasse gebildet ist und die Kunststoffmasse mindestens einen Anschlußflansch zur Montage der Magnetanordnung aufweist.
Magnetanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kunststoffmasse die elektrische Kontaktierung (18) eingebettet ist und die Kunststoffmasse das Steckergehäuse (16) bildet.
Magnetanordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffhaube (2) rohrförmige Halter (17) zur Aufnahme der Sensoren umfasst.
Magnetanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 gekennzeichnet durch die Verwendung als Einbaumodul für die Nockenwellenverstellung an Pkw-Motoren.