DE102014114847A1 - Elektromagnetischer Aktuator für einen Nockenwellenversteller - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischer Aktuator (10) mit einer Mittelachse (L1), insbesondere zur Betätigung eines Hydraulikventils (50) eines Nockenwellenverstellers (100), der eine um die Mittelachse (L1) ausgebildete Spule (12), sowie einen Anker (14) mit einem in axialer Richtung angeordneten Betätigungsstift (16) umfasst. Ferner ist der Anker (14) relativ zu der Spule (12) um die Achse (L1) drehbar und bei Bestromung der Spule (12) je nach Stromrichtung entlang der Achse (L1) auf oder ab verschiebbar. Der Betätigungsstift (16) ist ausgebildet, bestimmungsgemäß einen Kolben (52) eines Hydraulikventils (50) eines Nockenwellenverstellers (100) zu betätigen. Die Erfindung betrifft ferner einen Nockenwellenversteller (100) mit einem solchen elektromagnetischen Aktuator (10).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere zur Betätigung eines Hydraulikventils eines Nockenwellenverstellers an einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
  • Stand der Technik
  • Aus der DE 10 2010 060 181 B4 ist ein hydraulisches Ventil eines Nockenwellenverstellers bekannt, welches als Zentralventil ausgeführt ist. Das hydraulische Zentralventil ist radial innerhalb der Rotornabe des Nockenwellenverstellers angeordnet. Dabei findet ein Spannelement Anwendung, das eine Buchse des Zentralventils in axialer Richtung innerhalb eines Hohlrohrs einer gebauten Nockenwelle abstützt. Ein reibschlüssiges Spannelement ermöglicht eine stufenlose axiale Festlegbarkeit der Buchse gegenüber dem Hohlrohr, um so fertigungsbedingte Toleranzen auszugleichen. Dies ermöglicht eine direkte Anlage eines Stößels eines elektromagnetischen Stellgliedes am Kolben, so dass bei diesem elektromagnetischen Stellglied nur ein sehr kurzer Axialhub vorgesehen ist.
  • Aus der DE 10 2013 101 737 A1 ist ferner eine Dichtungseinrichtung für einen Nockenwellenversteller bekannt, der mithilfe eines Riemens angetrieben ist und ein Wegeventil mit einem Kolben aufweist, wobei die Dichtungseinrichtung einen ersten Befestigungsabschnitt, der an dem Nockenwellenversteller fest angeordnet ist, einen zweiten Befestigungsabschnitt, der kolbenseitig fest angeordnet ist, und einen zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt und dem zweiten Befestigungsabschnitt angeordneten flexiblen Membranabschnitt aufweist. Der Nockenwellenversteller weist einen Riemenantriebsbereich und einen Ventilbereich auf. In dem Riemenantriebsbereich ist ein Riementrieb angeordnet. Das Wegeventil ist in dem Ventilbereich angeordnet. Der Ventilbereich ist mit einem Hydraulikmedium beaufschlagt. Der Riemenantriebsbereich und der Ventilbereich sind durch einen gehäuseartigen Wandabschnitt voneinander getrennt. Der Nockenwellenversteller weist einen Aktuator zur Betätigung des Wegeventils auf, wobei der Aktuator außerhalb des Ventilbereichs angeordnet ist. Das Wegeventil ist von außerhalb des Ventilbereichs betätigbar. Die Dichtungseinrichtung ist an dem den Riemenantriebsbereich und den Ventilbereich trennenden Wandabschnitt angeordnet. Die Dichtungseinrichtung dient dazu, den Riemenantriebsbereich und den Ventilbereich voneinander zu trennen, um einen unerwünschten Durchtritt von Hydraulikmedium von dem Ventilbereich zu dem Riemenantriebsbereich zu verhindern. Die Dichtungseinrichtung weist eine ringartige Form mit einem Außenrand und einem Innenrand auf. Der erste Befestigungsabschnitt ist an dem Außenrand angeordnet. Der zweite Befestigungsabschnitt ist an dem Innenrand angeordnet. Der Membranabschnitt ist elastisch und weist einen elastomeren Kunststoff auf, der auch ölfest ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere zur Betätigung eines Hydraulikventils eines Nockenwellenverstellers zu schaffen, welcher bei kompakter Bauweise einfach und kostengünstig zu fertigen ist, sowie eine hohe Dauerhaltbarkeit aufweist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, einen Nockenwellenversteller mit einem solchen elektromagnetischen Aktuator zu schaffen, welcher bei kompakter Bauweise einfach und kostengünstig zu fertigen ist, sowie eine hohe Dauerhaltbarkeit aufweist.
  • Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Es wird ein elektromagnetischer Aktuator mit einer Mittelachse vorgeschlagen, insbesondere zur Betätigung eines Hydraulikventils eines Nockenwellenverstellers, der eine um die Mittelachse angeordnete elektrische Spule, sowie einen Anker mit einem in axialer Richtung angeordneten Betätigungsstift umfasst. Der Anker ist relativ zu der Spule um die Achse drehbar und bei Bestromung der Spule je nach Stromrichtung entlang der Achse auf oder ab verschiebbar angeordnet. Dabei ist der Betätigungsstift ausgebildet, bestimmungsgemäß einen Kolben eines Hydraulikventils eines Nockenwellenverstellers zu betätigen.
  • Ein elektromagnetischer Aktuator, der zur Betätigung eines Kolbens eines Hydraulikventils eines Nockenwellenverstellers dient, unterliegt üblicherweise der Anforderung, dass der Aktuator motorfest verbaut wird und dabei die Betätigungskraft auf einen rotierenden Kolben, beispielsweise eine Zylinderrolle, übertragen muss. Typische Lösungen sehen vor, dass der Kontakt zwischen Betätigungsstift des Aktuators und Kolben über eine Kugel erfolgt, welche eine Schmierung mit dem Hydraulikmedium erfährt, mit dem auch das Hydraulikventil betrieben wird. Vorteilhaft kann der erfindungsgemäße Aktuator trocken, ohne Schmiermittel, laufen und das Hydraulikventil gegen den Aktuator und umgebende Aggregate abgedichtet betrieben werden. Ein solcher Betriebszustand erfüllt neue Anforderungen an den Kontakt zwischen Aktuator und Kolben, da eine übliche Kugel als Kontakt beispielsweise ohne Schmierung schnell verschleißt und den Belastungen nicht standhält. Die auftretende Reibung zwischen Kugel, Betätigungsstift des Aktuators und der Zylinderrolle ist üblicherweise so groß, dass die Kugel je nach Materialpaarung nach kurzer Standzeit abflacht oder komplett abgerieben wird. Dies wird durch den erfindungsgemäßen Aktuator vermieden.
  • Vorteilhaft kann die Spule konzentrisch um die Mittelachse ausgebildet sein. Ebenso kann der Anker konzentrisch um die Mittelachse ausgebildet sein. Ebenso kann der Betätigungsstift konzentrisch zur Mittelachse angeordnet sein. Der Anker kann parallel zu einer Stirnseite der Spule angeordnet sein.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktuators kann der Anker mit dem Betätigungsstift des Aktuators durch einen Tellerstift dargestellt sein. Der Tellerstift ist vorteilhaft als Permanentmagnet ausgeführt. Der Tellerstift dreht sich mit dem Hydraulikventil und der Nockenwelle. Der Aktuator überträgt die Kraft innerhalb des Aktuators auf den Tellerstift durch Aufbau eines Magnetfeldes. Die Spule des Aktuators ist fest mit der Brennkraftmaschine verbunden und dreht sich nicht mit. Da keine taktile Verbindung zwischen der Spule des Aktuators und dem Tellerstift besteht, tritt hier auch kein Verschleiß auf. Der Tellerstift kann so frei drehen. Bei Bestromung der Spule wird der Anker bei entsprechender Ausrichtung der Permanentmagnetisierung des Ankers abgestoßen und drückt dadurch auf den Kolben des Hydraulikventils, um eine gewünschte Schaltwirkung des Hydraulikventils zu bewirken.
  • Die Wirkung der das Magnetfeld erzeugenden Spule kann durch Integration eines Eisenkerns verstärkt werden. Der Eisenkern konzentriert dabei die Magnetfeldlinien der Spule, sodass die Magnetkraft auf den Anker günstig fokussiert und dadurch verstärkt werden kann.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Spule ringförmig den Tellerstift, sodass der Betätigungsstift von der Spule umfasst wird und die Spule zwischen Anker und Hydraulikventil angeordnet ist. Der Anker wird in diesem Fall von der Spule bei entsprechender Ausrichtung der Permanentmagnetisierung des Ankers angezogen. Dadurch kann mit dem Magnetfeld ein höheres Kraftniveau ausgeübt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Teller des Tellerstifts aus einem Hohlzylinderteil bestehen, das im Inneren der Spule des Aktuators angeordnet ist. Auch eine solche Anordnung ist günstig, um ein hohes Kraftniveau auf den Anker auszuüben. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einer solchen Anordnung der rotierende Anker von der Spule abgedeckt werden kann.
  • Wesentliche Vorteile der Erfindung sind zum einen die Dauerhaltbarkeit des Aktuators und seines Gegenstücks, des Kolbens des Hydraulikventils, da der Reibungskontakt zwischen Betätigungsstift und Kolben vermieden wird. Ein möglicher Verschleiß des Tellerstifts spielt so keine Rolle beim Betrieb des Aktuators. Der Aktuator weist einen einfachen Aufbau auf, der aus einer Spule und dem entsprechenden Anker mit Betätigungsstift besteht, die nicht in einem Gehäuse, sondern getrennt voneinander, angeordnet sein können. Die Bauteilkosten können relativ niedrig gehalten werden, da die benötigten Komponenten einfach zu fertigen sind, was einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele darstellt. Die Montage des Aktuators selbst gestaltet sich einfach, die Anbringung an einer Brennkraftmaschine des Spulenteils ist ebenfalls einfach zu bewerkstelligen und der Anker mit Betätigungsstift kann an dem Hydraulikventil, bzw. dem Nockenwellenversteller angeordnet sein.
  • Auf diese Weise ist ein sicherer Betriebe einer Zentralschraube als Hydraulikventil eines Nockenwellenverstellers möglich. Schmutz und Feuchtigkeit haben keinen Zugang zum Hydraulikventil. Der Spulenteil des Aktuators kann ebenfalls gekapselt und damit dicht ausgeführt werden, sodass auch hier keine Beeinträchtigungen durch widrige Umweltbedingungen zu erwarten sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Betätigungsstift auf einer von der Spule abgewandten Seite des Ankers angeordnet sein. Der Anker ist als Permanentmagnet ausgeführt. Der Aktuator überträgt die Kraft innerhalb des Aktuators auf den Anker durch Aufbau eines Magnetfeldes. Die Spule des Aktuators ist fest mit der Brennkraftmaschine verbunden und dreht sich nicht mit. Da keine taktile Verbindung zwischen der Spule des Aktuators und dem Anker besteht, tritt hier auch kein Verschleiß auf. Der Anker kann so frei drehen. Bei Bestromung der Spule wird der Anker bei entsprechender Ausrichtung der Permanentmagnetisierung des Ankers abgestoßen. Der an dem Anker angeordnete Betätigungsstift drückt dadurch auf den Kolben des Hydraulikventils, um eine gewünschte Schaltwirkung des Hydraulikventils zu bewirken.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Betätigungsstift auf einer der Spule zugewandten Seite des Ankers angeordnet sein und durch einen Innenbereich der Spule hindurchgeführt sein. Bei dieser Anordnung umfasst die Spule ringförmig den Betätigungsstift. Die Spule ist zwischen Anker und Hydraulikventil angeordnet. Der Anker wird in diesem Fall von der Spule bei entsprechender Ausrichtung der Permanentmagnetisierung des Ankers angezogen. Dadurch kann mit dem Magnetfeld ein höheres Kraftniveau ausgeübt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Anker an einem Außenumfang einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ring aufweisen, welcher in dem Innenbereich der Spule um die Achse drehbar angeordnet ist. Auch eine solche Anordnung ist günstig, um ein hohes Kraftniveau auf den Anker auszuüben. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einer solchen Anordnung der rotierende Anker von der Spule abgedeckt werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Anker und/oder der Betätigungsstift aus einem magnetischen, insbesondere hartmagnetischen Werkstoff ausgebildet sein. Durch die Wahl eines hartmagnetischen Werkstoffs können sowohl Anker als auch Betätigungsstift aufmagnetisiert werden, sodass sie einen Permanentmagneten darstellen und dadurch von einem mit Bestromung der Spule erzeugten Magnetfeld angezogen oder abgestoßen werden können, je nach Orientierung der Magnetisierung des Permanentmagneten. So können Anker und/oder Betätigungsstift wenigstens bereichsweise aus einem üblicherweise verwendeten hartmagnetischen Werkstoff wie beispielsweise Neodym-Eisen-Bor bestehen. Es ist denkbar, dass in einen Anker und/oder Betätigungsstift, der aus einem anderen Werkstoff, beispielsweise auch Kunststoff oder Keramik bestehen kann, ein Kern aus einem hartmagnetischen Werkstoff eingebettet ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Ring aus einem magnetischen, insbesondere hartmagnetischen Werkstoff ausgebildet sein. Durch die Wahl eines hartmagnetischen Werkstoffs kann der hohlzylinderförmig ausgebildete Ring aufmagnetisiert werden, sodass er einen Permanentmagneten darstellt und dadurch von einem mit Bestromung der Spule erzeugten Magnetfeld angezogen oder abgestoßen werden kann, je nach Orientierung der Magnetisierung des Permanentmagneten. So kann der Ring wenigstens bereichsweise aus einem üblicherweise verwendeten hartmagnetischen Werkstoff wie beispielsweise Neodym-Eisen-Bor bestehen. Es ist denkbar, dass in einen Ring, der aus einem anderen Werkstoff, beispielsweise auch Kunststoff oder Keramik bestehen kann, ein Kern aus einem hartmagnetischen Werkstoff eingebettet ist.
  • Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt einen Nockenwellenversteller einer Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen Aktuator, wobei der Nockenwellenversteller ein hydraulisch betätigbares Stellergetriebe in einem Gehäuse, sowie ein Hydraulikventil umfasst, welches zentral im Inneren des Stellergetriebes in dem Gehäuse angeordnet ist, welches einen Verstellbereich des Stellergetriebes steuert. Ein an einem Anker des Aktuators in einer Mittelachse angeordneter Betätigungsstift ist mit einem in einer Längsachse verschiebbaren Kolben des Hydraulikventils verbunden. Der Aktuator betätigt bei Bestromung mit dem Betätigungsstift den Kolben des Hydraulikventils. Bei dem erfindungsgemäßen Aktuator ist der Anker mit dem Betätigungsstift des Aktuators durch einen Tellerstift dargestellt. Der Tellerstift ist als Permanentmagnet ausgeführt. Der Tellerstift dreht sich mit dem Hydraulikventil und der Nockenwelle. Der Aktuator überträgt die Kraft innerhalb des Aktuators auf den Tellerstift durch Aufbau eines Magnetfeldes. Die Spule des Aktuators ist fest mit der Brennkraftmaschine verbunden und dreht sich nicht mit. Da keine taktile Verbindung zwischen der Spule des Aktuators und dem Tellerstift besteht, tritt hier auch kein Verschleiß auf. Der Tellerstift kann so frei drehen. Bei Bestromung der Spule wird der Anker bei entsprechender Ausrichtung der Permanentmagnetisierung des Ankers abgestoßen und drückt dadurch auf den Kolben des Hydraulikventils, um eine gewünschte Schaltwirkung des Hydraulikventils und damit einen Verstellvorgang des Nockenwellenverstellers zu bewirken.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Membran einen Innenbereich des Nockenwellenverstellers fluiddicht abdichten. Dabei ist der Betätigungsstift fluiddicht durch die Membran geführt. Durch die Membran ist der eigentliche Ventilbereich des Nockenwellenverstellers gegen einen Riemenantriebsbereich, worüber der Antrieb des Nockenwellenverstellers von einer Kurbelwelle erfolgt, fluiddicht abgetrennt. Auf diese Weise kann der Nockenwellenversteller so betrieben werden, dass kein Hydraulikmedium austritt und so störende Leckagen entstehen oder der Motorraum durch austretendes Hydraulikmedium verschmutzt wird. Gerade Zahnriemen zum Antrieb des Nockenwellenverstellers oder ähnliche Kunststoffkomponenten könnten durch ausgetretenes Hydraulikmedium degradiert werden, sodass ihre Lebensdauer signifikant beeinträchtigt würde. Auch ihre Funktion könnte durch die erhöhte Gleitfähigkeit des Hydraulikmediums gestört werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Anker des Aktuators mit dem Hydraulikventil gemeinsam um die Längsachse drehbar angeordnet sein. Auf diese Weise wird verhindert, dass Reibungsverluste und Degradation der Werkstoffe auf Grund der Reibung entstehen. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn der Betrieb ohne Schmierung der Kontaktstelle Aktuator-Hydraulikventil vorgesehen ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Spule des Aktuators mit einem Motorgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden sein. Die motorfeste Anordnung des Spulenteils des Aktuator stellt eine besonders sichere und günstige Form der Montage an der Brennkraftmaschine dar. Kontaktierungsprobleme werden dadurch vermieden. Auch eine Austausch bei eventuellem Ausfall ist dadurch begünstigt, da die Spule leichter zugänglich ist und außerdem nicht der gesamte Aktuator ausgetauscht werden muss.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen beispielhaft:
  • 1 einen Schnitt durch einen schematischen Aktuator nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Anker und Betätigungsstift auf einer Seite der Spule angeordnet sind;
  • 2 einen Schnitt durch einen schematischen Aktuator nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Betätigungsstift im Inneren der Spule angeordnet ist;
  • 3 einen Schnitt durch einen schematischen Aktuator nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein hohlzylinderförmiger Ring an einem Außenumfang des Ankers angeordnet ist;
  • 4 einen Schnitt durch einen Nockenwellenversteller nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Aktuator nach dem Ausführungsbeispiel aus 1;
  • 5 einen Schnitt durch einen Nockenwellenversteller nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Aktuator nach dem Ausführungsbeispiel aus 2; und
  • 6 einen Schnitt durch einen Nockenwellenversteller nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Aktuator nach dem Ausführungsbeispiel aus 3.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
  • 1 zeigt einen Schnitt durch einen schematischen Aktuator 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Anker 14 und Betätigungsstift 16 auf einer Seite der Spule 12 angeordnet sind. Der elektromagnetischer Aktuator 10, der insbesondere zur Betätigung eines Hydraulikventils 50 eines Nockenwellenverstellers 100 wie in den 4 bis 6 dargestellt, weist eine Mittelachse L1 auf, und umfasst eine konzentrisch um die Mittelachse L1 ausgebildete Spule 12, sowie einen konzentrisch zur Mittelachse L1 ausgebildeten Anker 14 mit einem konzentrisch zur Mittelachse L1 angeordneten Betätigungsstift 16. Der Anker 14 ist parallel zu einer Stirnseite 18, 19 der Spule 12 beabstandet angeordnet. Der Anker 14 ist relativ zu der Spule 12 um die Achse L1 drehbar und in der Achse L1 verschiebbar angeordnet. Dabei wird der Anker 14 bei Bestromung der Spule 12 je nach Stromrichtung von der Spule 12 angezogen oder abgestoßen. Der Betätigungsstift 16 ist ausgebildet, bestimmungsgemäß einen Kolben 52 eines Hydraulikventils 50 eines Nockenwellenverstellers 100 zu betätigen. Der Betätigungsstift 16 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer von der Spule 12 abgewandten Seite des Ankers 14 angeordnet. Der Anker 14 und/oder der Betätigungsstift 16 ist aus einem hartmagnetischen Werkstoff ausgebildet, sodass Anker 14 und/oder Betätigungsstift 16 aufmagnetisiert werden können und als Permanentmagnet von dem bei Bestromung der Spule erzeugten Magnetfeld je nach Bestromungsrichtung der Spule angezogen oder abgestoßen werden können. Da der Betätigungsstift 16 einen Kolben 52 eines Hydraulikventils 50 betätigen soll, ist zweckmäßig, wenn bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Anker 14 von der Spule 12 abgestoßen wird und so der Betätigungsstift 16 in der Mittelachse L1 verschoben wird und einen Kolben 52 betätigen kann.
  • Die Spule 12 ist in ein Aktuatorgehäuse 26 eingebettet, mit dem der Aktuator 10 auch geeignet an der Brennkraftmaschine montiert werden kann.
  • In 2 ist ein Schnitt durch einen schematischen Aktuator 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem der Betätigungsstift 16 im Inneren der Spule 12 angeordnet ist. Der Betätigungsstift 16 ist dabei auf einer der Spule 12 zugewandten Seite des Ankers 14 angeordnet und durch einen Innenbereich 20 der Spule 12 hindurchgeführt. Da der Betätigungsstift 16 einen Kolben 52 eines Hydraulikventils 50 betätigen soll, ist es zweckmäßig, wenn bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Anker 14 von der Spule 12 angezogen wird und so der Betätigungsstift 16 in der Mittelachse L1 verschoben wird und einen Kolben 52 betätigen kann.
  • Alternativ dazu zeigt 3 einen Schnitt durch einen schematischen Aktuator 10 nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein hohlzylinderförmiger Ring 24 an einem Außenumfang 22 des Ankers 14 angeordnet ist. Der Anker 14 weist an einem Außenumfang 22 einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ring 24 auf, welcher in dem Innenbereich 20 der Spule 12 um die Achse L1 drehbar angeordnet ist. Der Ring 24 ist aus einem hartmagnetischen Werkstoff ausgebildet, sodass der Ring 24 aufmagnetisiert werden kann und als Permanentmagnet von dem bei Bestromung der Spule erzeugten Magnetfeld je nach Bestromungsrichtung der Spule angezogen oder abgestoßen werden kann. Da der Betätigungsstift 16 einen Kolben 52 eines Hydraulikventils 50 betätigen soll, ist es zweckmäßig, wenn bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Ring 24 von der Spule 12 abgestoßen wird und so der Betätigungsstift 16 in der Mittelachse L1 verschoben wird und einen Kolben 52 betätigen kann.
  • 4 zeigt einen Schnitt durch einen Nockenwellenversteller 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Aktuator 10 nach dem Ausführungsbeispiel aus 1. Der Nockenwellenversteller 100 einer Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen Aktuator 10 umfasst ein hydraulisch betätigbares Stellergetriebe 54 in einem Gehäuse 56, sowie ein Hydraulikventil 50, welches zentral im Inneren des Stellergetriebes 54 in dem Gehäuse 56 angeordnet ist, und welches einen Verstellbereich des Stellergetriebes 54 steuert. Dabei ist ein an einem Anker 14 des Aktuators 10 konzentrisch zu einer Mittelachse L1 angeordneter Betätigungsstift 16 mit einem in einer Längsachse L2 verschiebbaren Kolben 52 des Hydraulikventils 50 verbunden. Der Aktuator 10 betätigt bei Bestromung mit dem Betätigungsstift 16 den Kolben 52. Eine Membran 58 dichtet einen Innenbereich 60 des Nockenwellenverstellers fluiddicht ab. Dabei ist der Betätigungsstift 16 fluiddicht durch die Membran 58 geführt. Auf diese Weise kann der Nockenwellenversteller 100 so betrieben werden, dass kein Hydraulikmedium austritt und so störende Leckagen entstehen oder der Motorraum durch austretendes Hydraulikmedium verschmutzt wird. Gerade Zahnriemen zum Antrieb des Nockenwellenverstellers 100 oder ähnliche Kunststoffkomponenten könnten durch ausgetretenes Hydraulikmedium degradiert werden, sodass ihre Lebensdauer signifikant beeinträchtigt würde. Auch ihre Funktion könnte durch die erhöhte Gleitfähigkeit des Hydraulikmediums gestört werden.
  • Der Anker 14 des Aktuators 10 ist mit dem Hydraulikventil 50 gemeinsam um die Längsachse L2 drehbar angeordnet. Das Hydraulikventil 50 ist als eine Zentralschraube 104 des Nockenwellenverstellers 100 ausgeführt. Die Zentralschraube 104 ihrerseits ist in der Nockenwelle 102 weitergeführt. Sowohl Zentralschraube 104 als auch Nockenwelle 102 sind mit einem Rotor des Nockenwellenverstellers 100 verbunden und drehen sich mit diesem synchron mit.
  • Die Spule 12 des Aktuators 10 ist mit einem Motorgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden, das aber in 4 nicht dargestellt ist. Der Spulenteil des Aktuators 10 ist demzufolge mechanisch entkoppelt von dem Anker 14. Da keine taktile Verbindung zwischen der Spule 12 des Aktuators 10 und dem Anker 14 besteht, tritt hier auch kein Verschleiß auf. Der Anker 14 kann so frei drehen. Bei Bestromung der Spule 12 wird der Anker 14 bei entsprechender Ausrichtung der Permanentmagnetisierung des Ankers 14 abgestoßen und drückt dadurch auf den Kolben 52 des Hydraulikventils 50, um eine gewünschte Schaltwirkung des Hydraulikventils 50 und damit einen Verstellvorgang des Nockenwellenverstellers 100 zu bewirken.
  • 5 zeigt alternativ dazu einen Schnitt durch einen Nockenwellenversteller 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Aktuator 10 nach dem Ausführungsbeispiel aus 2. Der Betätigungsstift 16 ist dabei auf einer der Spule 12 zugewandten Seite des Ankers 14 angeordnet und durch den Innenbereich 20 der Spule 12 hindurchgeführt. Da der Betätigungsstift 16 den Kolben 52 des Hydraulikventils 50 betätigen soll, ist es zweckmäßig, wenn bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Anker 14 von der Spule 12 angezogen wird und so der Betätigungsstift 16 in der Mittelachse L1 verschoben wird und den Kolben 52 betätigen kann.
  • In 6 ist als weitere Alternative ein Schnitt durch einen Nockenwellenversteller 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Aktuator 10 nach dem Ausführungsbeispiel aus 3 dargestellt. Der Anker 14 weist an einem Außenumfang 22 einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ring 24 auf, welcher in dem Innenbereich 20 der Spule 12 um die Achse L1 drehbar angeordnet ist. Der Ring 24 ist aus einem hartmagnetischen Werkstoff ausgebildet, sodass der Ring 24 aufmagnetisiert werden kann und als Permanentmagnet von dem bei Bestromung der Spule erzeugten Magnetfeld je nach Bestromungsrichtung der Spule angezogen oder abgestoßen werden kann. Da der Betätigungsstift 16 den Kolben 52 des Hydraulikventils 50 betätigen soll, ist es zweckmäßig, wenn bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Ring 24 von der Spule 12 abgestoßen wird und so der Betätigungsstift 16 in der Mittelachse L1 verschoben wird und den Kolben 52 betätigen kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010060181 B4 [0002]
    • DE 102013101737 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Elektromagnetischer Aktuator (10) mit einer Mittelachse (L1), insbesondere zur Betätigung eines Hydraulikventils (50) eines Nockenwellenverstellers (100), umfassend – eine um die Mittelachse (L1) angeordnete elektrische Spule (12), – einen Anker (14) mit einem in axialer Richtung angeordneten Betätigungsstift (16), wobei der Anker (14) relativ zu der Spule (12) um die Achse (L1) drehbar und bei Bestromung der Spule (12) je nach Stromrichtung entlang der Achse (L1) auf oder ab verschiebbar ist.
  2. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Betätigungsstift (16) auf einer von der Spule (12) abgewandten Seite des Ankers (14) angeordnet ist.
  3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Betätigungsstift (16) auf einer der Spule (12) zugewandten Seite des Ankers (14) angeordnet ist und durch einen Innenbereich (20) der Spule (12) hindurchgeführt ist.
  4. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Anker (14) an einem Außenumfang (22) einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ring (24) aufweist, welcher in dem Innenbereich (20) der Spule (12) um die Achse (L1) drehbar angeordnet ist.
  5. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Anker (14) und/oder der Betätigungsstift (16) aus einem magnetischen, insbesondere hartmagnetischen, Werkstoff ausgebildet ist.
  6. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 4, wobei der Ring (24) aus einem magnetischen, insbesondere hartmagnetischen Werkstoff ausgebildet ist.
  7. Nockenwellenversteller (100) einer Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend – ein hydraulisch betätigbares Stelle rgetriebe (54) in einem Gehäuse (56), – ein Hydraulikventil (50), welches zentral im Inneren des Stellergetriebes (54) in dem Gehäuse (56) angeordnet ist, welches einen Verstellbereich des Stellergetriebes (54) steuert, wobei ein an einem Anker (14) des Aktuators (10) in einer Mittelachse (L1) angeordneter Betätigungsstift (16) mit einem in einer Längsachse (L2) verschiebbaren Kolben (52) des Hydraulikventils (50) verbunden ist und wobei der Aktuator (10) bei Bestromung mit dem Betätigungsstift (16) den Kolben (52) betätigt.
  8. Nockenwellenversteller nach Anspruch 7, wobei eine Membran (58) einen Innenbereich (60) des Nockenwellenverstellers fluiddicht abdichtet und wobei der Betätigungsstift (16) fluiddicht durch die Membran (58) geführt ist.
  9. Nockenwellenversteller nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Anker (14) des Aktuators (10) mit dem Hydraulikventil (50) gemeinsam um die Längsachse (L2) drehbar angeordnet ist.
  10. Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Spule (12) des Aktuators (10) mit einem Motorgehäuse der Brennkraftmaschine verbunden ist.
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