双稳态电磁调节设备、电枢组件以及凸轮轴调节设备

摘要

本发明涉及一种双稳态电磁调节设备(1)，带有在端侧形成接合区域(4)的且在两个端部位置之间可轴向运动的调节元件(2)，尤其以嵌接到内燃机的凸轮的控制槽内的，且带有相对于调节元件(2)静止地提供且被构造为在调节元件(2)上施加力的线圈装置(11)，其中调节元件(2)具有永磁体装置(5)，该永磁体装置(5)被构造为与相对于调节元件(2)静止地提供的芯区域(3)共同作用，且其中线圈装置(11)被构造为作为对于电控制信号的反应而产生克服永磁体装置(5)的保持力的且将永磁体装置(5)从芯区域(3)释放的反作用力，且其中提供弹簧装置(14)，该弹簧装置(14)布置为在背离芯区域(3)的轴向方向上向调节元件(2)施加弹簧力。根据本发明建议，使得芯区域(3)和永磁体装置(5)在轴向方向上重叠以影响回动点。

权利要求

1.一种凸轮轴调节设备，带有内燃机的具有控制槽的凸轮和双稳态电磁调节设备(1)，该双稳态电磁调节设备带有在端侧形成接合区域(4)的且能在两个端部位置之间轴向运动、用于嵌接到凸轮的控制槽内的调节元件(2)，且带有相对于所述调节元件(2)静止地提供的且用于在所述调节元件(2)上施加力的线圈装置(11)，其中，调节元件(2)具有永磁体装置(5)，所述永磁体装置(5)被构造为与相对于调节元件(2)静止地提供的芯区域(3)共同作用，并且，所述线圈装置(11)被构造为作为对于电控制信号的反应而产生克服永磁体装置(5)的保持力并将永磁体装置(5)从芯区域(3)释放的反作用力，并且，提供了弹簧装置(14)，所述弹簧装置(14)布置为在背离芯区域(3)的轴向方向上向调节元件(2)施加弹簧力，其中，所述永磁体装置(5)具有至少一个轴向磁化的永磁体(6)和一个在面朝芯区域(3)的侧上的由导磁材料制成的极盘(7)，且包括由导磁材料制成的背离芯区域(3)的极盘(8)，并且，所述调节元件(2)通过线圈装置(11)的通电可调节到端部位置中，在所述端部位置中所述调节元件(2)以其接合区域(4)嵌接到控制槽内且所述调节元件(2)能由凸轮通过凸轮的旋转朝芯区域侧的行程开始位置的方向加速，在所述行程开始位置中所述调节元件(2)的永磁体装置(5)和芯区域(3)轴向重叠，且在所述行程开始位置中弹簧装置(14)通过调节元件(2)被最大地预紧，其特征在于，使得芯区域(3)和永磁体装置(5)的布置在面朝芯区域的侧上的极盘(7)在芯区域侧的行程开始位置中在轴向方向上重叠以影响回动点。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴调节设备，其特征在于，所述永磁体装置(5)的面朝芯区域(3)的极盘(7)形成且布置为在轴向方向上在径向外部跨越芯区域(3)和/或轴向地嵌接到芯区域侧的芯区域(3)的凹陷内。

3.根据权利要求2所述的凸轮轴调节设备，其特征在于，所述极盘(7、8)构造为碗形且碗壁轴向跨越芯区域(3)和/或嵌接到芯区域侧的凹陷内。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的凸轮轴调节设备，其特征在于，所述芯区域(3)形成且布置为在径向外部轴向跨越所述永磁体装置(5)和/或轴向地嵌接到所述永磁体装置(5)的凹陷内。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的凸轮轴调节设备，其特征在于，所述芯区域(3)形成且布置为在径向外部轴向跨越所述永磁体装置(5)和/或轴向地嵌接到所述永磁体装置(5)的极盘侧的凹陷内。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的凸轮轴调节设备，其特征在于，芯区域(3)和永磁体装置(5)被构造为在芯区域的端部位置中在轴向方向上测量的轴向重叠距离在0.1mm至

3mm之间的值范围。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的凸轮轴调节设备，其特征在于，芯区域(3)和永磁体装置(5)被构造为在芯区域的端部位置中在轴向方向上测量的轴向重叠距离在0.5mm至

1.5mm之间的值范围。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的凸轮轴调节设备，其特征在于，所述永磁体装置(5)和/或所述芯区域(3)的轴向的环形的重叠部分(10)具有周向封闭的和/或锥形或柱形的轮廓。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的凸轮轴调节设备，其特征在于，所述弹簧装置(14)包括和/或被构造为压力弹簧装置，所述压力弹簧装置的弹簧常数的值范围在0.05N/mm至3N/mm之间。

10.根据权利要求9所述的凸轮轴调节设备，其特征在于，所述压力弹簧装置的弹簧常数的值范围在0.2N/mm至1N/mm之间。

说明书

双稳态电磁调节设备、电枢组件以及凸轮轴调节设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种双稳态电磁调节设备，用于电磁调节设备的电枢组件以及凸轮轴调节设备。

背景技术

[0002] DE 201 14 466 U1示出一种双稳态电磁调节设备，以使用在例如在DE 20 2009 011 804 U1中描述的凸轮轴调节设备内。已知的双稳态电磁调节设备的特征在于在调节元件上提供永磁体装置，所述永磁体装置包括两个极盘和处在其间的轴向磁化的永磁体环。
永磁体装置与静止的芯区域共同作用而产生吸引力，其中永磁体装置和芯区域在芯区域侧的端部位置中对置。在此端部位置中，施加使调节元件从芯区域离开的弹簧力的压力弹簧被最大地预紧。现在为克服永磁体装置的保持力，为静止的线圈装置通电，其中调节元件从克服保持力开始在对置的端部位置的方向上被压力弹簧附加地加速，其中活塞形调节元件以端侧接合区域嵌接到内燃机的凸轮的控制槽内。

[0003] 已知的双稳态电磁调节设备被证明是合适的。但缺点是调节元件的相对小的行程范围，其中调节元件(永磁体电枢)自动地且无外力地可运动到其芯区域侧端部位置中。

[0004] 永磁体装置在线圈装置的未通电状态中显示了双曲线形的力-行程曲线，其中在芯区域侧端部位置附近磁力明显升高，但相反地在行程变大时磁力迅速降低。

[0005] 这在弹簧支持的双稳态调节设备中是不利的，因为可供使用的磁体功的仅小部分可用于将弹簧预紧，即其中足够的永磁力可用于将提供有永磁体装置的调节元件自动拉回到芯区域侧端部位置的行程区域很窄。因此，在已知的电磁调节设备中必须使用带有很陡的力位移特性曲线的压力弹簧，以通过永磁体装置使调节元件在芯区域侧行程开始位置的方向上回位。也存在对于调节元件在背离芯区域的行程端部位置的方向上的调节元件的更短的行程时间的要求。前述行程时间尤其在用于凸轮轴调节设备的调节设备内是关键的，因为这对于控制槽快速的接合是关键的。

[0006] 从DE 10 2009 015 833 B4中已知带有在两个端部位置之间可运动的调节元件的电磁调节设备，该调节元件不带有永磁体装置。永磁体装置静止地布置。在进入的切换位置中，调节设备的流动导引体的中空缸的端部沉入到设备的极体的环形体的环形槽内。

[0007] DE 10 2006 059 188 A1示出一种电磁调节设备，该电磁调节设备在其调节构件上具有永磁体。永磁体平行于芯区域走向。从文献中尤其得知双稳态电磁调节设备的可能的安装位置。

发明内容

[0008] 从前述现有技术出发，本发明所要解决的技术问题是给出一种调节设备，此调节设备在调节元件的在背离芯区域的端部位置中的行程时间方面被优化，且其中同时具有永磁体装置的调节元件的在芯区域侧端部位置的方向上的回位在尽可能早的时刻即以距芯区域的相对大的距离导致在行程开始位置的方向上的行程力。此外，技术问题在于给出一种相应地优化的电枢组件以及带有相应的改进的双稳态电磁调节设备的凸轮轴调节设备。

[0009] 此技术问题通过如下技术方案解决。

[0010] 本发明提供一种双稳态电磁调节设备，该双稳态电磁调节设备带有在端侧形成接合区域的且能在两个端部位置之间轴向运动、尤其用于嵌接到内燃机的凸轮的控制槽内的调节元件，且带有相对于所述调节元件静止地提供的且用于在所述调节元件上施加力的线圈装置，其中，调节元件具有永磁体装置，所述永磁体装置被构造为与相对于调节元件静止地提供的芯区域共同作用，并且，所述线圈装置被构造为作为对于电控制信号的反应而产生克服永磁体装置的保持力并将永磁体装置从芯区域释放的反作用力，并且，提供了弹簧装置，所述弹簧装置布置为在背离芯区域的轴向方向上向调节元件施加弹簧力，其特征在于，使得芯区域和永磁体装置在轴向方向上重叠以影响回动点。

[0011] 本发明还提供一种用于调节设备尤其是根据前述的调节设备的电枢组件，带有在端侧形成接合区域、尤其是用于嵌接到内燃机的凸轮的控制槽内的调节元件，且带有永磁体装置，所述永磁体装置被构造用于与相对于调节元件可静止地提供的芯区域共同作用，其特征在于，所述永磁体装置、尤其是所述永磁体装置极盘具有平面部分和轴向突出超过平面部分的重叠部分以与所述芯区域轴向重叠。

[0012] 本发明提供一种带有具有控制槽的凸轮和根据前述的调节设备的凸轮轴调节设备，其中，所述调节元件通过线圈装置的通电可调节到端部位置中，在所述端部位置中所述调节元件以其接合区域嵌接到控制槽内且所述调节元件能由凸轮通过凸轮的旋转朝芯区域侧的行程开始位置的方向加速，在所述行程开始位置中所述调节元件的永磁体装置和芯区域轴向重叠，且在所述行程开始位置中弹簧装置通过调节元件被最大地预紧。

[0013] 在本发明的范围内包括由说明书、权利要求和/或附图中公开的特征的至少两个组成的全部组合。

[0014] 本发明已认识到为同时改进调节元件的行程时间且保证基于永磁体吸引力的大的回动距离，有利的是使用带有相对低的弹簧刚度和优选地相对高的最大弹簧预紧力的弹簧装置，因为带有低弹簧特性曲线斜率的弹簧装置与目前所使用的带有更大的弹簧特性曲线斜率的弹簧相比即使在大的行程或调节元件距芯区域的大的距离的情况下也提供了用于将电枢组件以及带有永磁体装置的调节元件加速的弹簧力。为能够使用此类弹簧，本发明建议通过芯区域和永磁体装置的轴向重叠来影响永磁力的磁力-行程特性曲线，使得在永磁体装置和芯区域之间作用的永磁力在更长的行程上即直至永磁体装置距芯区域的更大的距离上保持在更高的力水平上。这首先是令人惊奇的，因为调节元件应以更快的行程时间达到背离芯区域的端部位置中，但永磁力反作用于此调节运动。

[0015] 通过根据本发明的影响，尤其是前述特性曲线的变平(此变平与目前使用的扁平电枢系统不同通过芯区域和永磁体装置的轴向重叠实现或通过由此导致的、磁通量在芯区域和永磁体装置之间的实际上基本上垂直于调节元件的调节方向延伸的工作气隙上的部分换向实现)，可使用带有相对平的弹簧特性曲线设计即更低的弹簧常数与相对高的弹簧张力的组合的弹簧装置，其中带有平的弹簧特性曲线的此类弹簧在长的行程上优选地在整个行程上将弹簧力传输到调节元件，且因此更长地加速此调节元件。同时，弹簧特性曲线和永磁体特性曲线之间的接触点或交点，即回动点，进一步向右即向永磁体装置或调节元件的距芯区域的更大的距离处移动，使得电枢已在比较早的时刻可在永磁体装置上在芯区域的方向上返回。因此，此距离在凸轮轴调节设备的情况中在调节情况中被关键地预先给定。此外，在位于右侧比较远的交点处，在总系统的设计方面得到了更大的允许的公差范围。

[0016] 因此总体上通过本发明满足了越来越短的切换时间的要求，且同时在调节元件通过凸轮的旋转运动甩回时保证从尽可能早的时刻起借助于永磁体装置将调节元件向芯拉动且同时将弹簧装置张紧。

[0017] 尤其已证明根据本发明的构造在双稳态电磁调节设备中是合适的，其中优选地在外周侧上布置在优选地活塞形特别地优选地盘形的更优选地环盘形的调节元件上的永磁体且还进一步优选地被所述调节元件轴向穿过的永磁体至少在面朝芯区域的轴向侧与由导磁材料制成的极盘相关，该极盘相对于永磁体固定地定位。

[0018] 通过极盘，在调节元件在芯区域上的比较硬的冲击的情况中可更好地保护永磁体。在特别地优选的双稳态电磁调节设备的实施形式中，除前述芯区域侧极盘外，在优选地轴向磁化的永磁体的背离芯区域的侧上提供了另外的极盘，此另外的极盘与芯区域侧极盘共同地将永磁体夹在它们中间，其中背离芯区域的极盘优选地能够在径向方向上优选地向着或离开用于电枢组件的导引壳体进行磁通量换向。

[0019] 在芯区域和永磁体装置的轴向重叠的几何实现方面存在不同的可能性。在特别地优选的构造变体中，永磁体装置的极盘尤其是面朝芯区域的极盘(在调节元件的芯区域侧的行程开始位置中且优选地也在已略微离开芯区域被调节的调节元件的情况中)在轴向方向上在径向外部跨越芯区域，实现的方式尤其是，极盘被构造为碗形和/或极盘轴向嵌接到芯区域的的芯区域侧凹陷内。

[0020] 也可行的是，芯区域成型为使其嵌接到永磁体装置的凹陷内，尤其是嵌接到例如极盘的环形凹陷的凹陷内和/或在轴向方向上在径向外部跨越永磁体装置。

[0021] 也在特别优选的变体中，其内可嵌接永磁体装置尤其是可嵌接永磁体装置的极盘的凹陷布置在芯的中心，其中再进一步优选的是此开口同时在重叠的径向内部的区域内容纳弹簧装置。

[0022] 已表明特别合适的是芯区域和永磁体装置在调节元件的芯区域的端部位置中的轴向重叠距离的值范围在0.1mm至3mm之间、优选地0.5mm至1.5mm之间，因为以此可实现尤其对于凸轮轴调节设备的应用而优化的永磁体装置的力行程特性曲线。

[0023] 关于永磁体装置的几何轮廓，尤其是用于实现重叠的芯区域侧的极盘和/或芯区域的几何轮廓，存在不同的可能性。最特别地优选的是相应的重叠区域被构造为环形且在周向上封闭。已表明特别合适的是重叠区域具有锥形轮廓，例如带有外锥形芯区域和相应的内锥形永磁体装置区域，或相反。

[0024] 已表明对于调节设备在凸轮轴调节设备内的应用特别合适的是弹簧装置包括优选地具有其值范围在0.05N/mm至3N/mm之间的、优选地在0.2N/mm至1N/mm之间的弹簧常数和/或在芯区域侧端部位置中其值范围在1N至20N之间的、优选地在4N至6N之间的预紧力的压力弹簧装置和/或被构造为压力弹簧装置。

[0025] 本发明也涉及前述调节设备的对于凸轮轴调节设备的应用以及涉及凸轮轴调节设备。此凸轮轴调节设备包括至少一个提供有与调节元件的接合区域共同作用的控制槽的凸轮，其中调节元件通过线圈装置的通电通过弹簧装置的弹簧力的支持在凸轮侧端部位置的方向上可调节，且通过凸轮在芯区域侧端部位置的方向上的旋转从凸轮表面被甩回。

[0026] 此外，本发明涉及一种电枢组件，尤其是使用在根据本发明的构思而形成的调节设备内的电枢组件，更特别地优选地使用在凸轮轴调节设备内的电枢组件。电枢组件的特征在于永磁体装置，该永磁体装置形成且确定为通过在轴向方向上的径向外部的跨越和/或通过嵌接到芯区域内的优选地环形的凹陷内，与不属于电枢组件而属于调节设备的静止的芯区域轴向重叠。为此，永磁体装置具有优选地内部的平面部分，该平面部分优选地至少近似地垂直于调节元件的轴向调节方向延伸且与相应的优选地与之平行的芯区域的面共同界定工作气隙。

[0027] 此外，永磁体装置为实现轴向重叠具有在芯区域的方向上轴向突出超过此平面部分的重叠部分，以通过径向外部跨越和/或通过嵌接到芯区域中的凹陷内而与芯区域重叠。前述电枢组件的优选的构造也与所要求的调节设备相结合地被视作显而易见的。

附图说明

[0028] 本发明的另外的优点、特征和细节从如下的优选实施例的描述中以及根据附图得到。

[0029] 各图为：

[0030] 图1是通过根据优选实施形式的电磁调节设备的纵截面，

[0031] 图2a是电枢组件和芯元件的明显地简化的视图，其中永磁体装置和芯区域可在行程开始位置中轴向重叠，

[0032] 图2b是所属的永磁力-行程特性曲线，

[0033] 图3a是根据现有技术的包括带有永磁体装置的电枢组件以及对置的芯区域的设备，其中设备在此构造为扁平电枢系统，

[0034] 图3b是对应的永磁力-行程特性曲线，

[0035] 图4是由带有永磁体装置的电枢组件构成的替代设备，其中在此调节元件轴向地沉入到芯区域的相应的凹陷内。

具体实施方式

[0036] 在附图中相同的元件和带有相同的功能的元件以相同的附图标号指示。

[0037] 在图1中示出了使用在凸轮轴调节设备内的电磁调节设备1。调节设备在其基本结构上对应于在DE 201 114 466 U1的图1中所示的调节设备，因此在共性方面参考此相关的附图描述，所述附图描述应视为明显属于本申请的公开内容。与根据现有技术的调节设备的明显不同在于芯区域和永磁体装置在芯侧端部位置中轴向重叠，且并非如同在现有技术中与扁平电枢组件一起工作。

[0038] 同时，弹簧装置另外地定尺寸-弹簧装置在此处所示的实施形式中优选地具有更高的预紧力且具有更低的弹簧常数。细节如下：

[0039] 电磁调节设备1包括在芯区域侧行程开始位置和轴向间隔开的行程结束位置之间可运动的活塞形调节元件2，该调节元件2在其背离静止的芯区域3的端部的区域内具有接合区域4，以用于插入未图示的改进的发动机的凸轮的控制槽内。调节元件2带有外周侧的永磁体装置5，该永磁体装置5包括环盘形的轴向磁化的永磁体6以及两个极盘，这两个极盘在轴向上将永磁体6夹在它们中间且也在外周侧布置在轴向穿过永磁体装置5的调节元件2上。在此，涉及芯区域侧极盘7和接合区域侧极盘8。接合区域侧极盘8用于将磁通量在径向方向上换向。芯区域侧极盘7具有特性曲线匹配功能和稳定功能，因为在所示的实施例中芯区域侧极盘7与芯区域3直接地相互作用。

[0040] 如在图1中所示，芯区域侧极盘7成型为碗形且具有径向内部的平面部分9，该平面部分9垂直于调节元件2的纵向尺寸而延伸，且与芯区域3的对置的平行的面一起界定工作气隙。重叠部分10轴向突出平面部分9，该重叠部分10由环壁形成且在所示的端部位置处侧向地在此在轴向方向上在径向外部跨越芯区域3，使得磁通量的部分通过此重叠区域10，以此使作为结果的在永磁体装置5和芯区域3之间的永磁保持力在对置的端部位置的方向上在更长的行程上维持或保持在高水平上。

[0041] 带有线圈架12和可通电的线圈13的线圈装置11处在与芯区域3径向相邻的区域内，线圈13的通电导致调节元件2离开芯区域3在凸轮的方向上的运动。此调节运动通过由压力弹簧形成的弹簧装置14支持，所述弹簧装置14在所示的实施例中容纳在芯区域3的中心开口内且轴向支撑在芯区域以及调节元件2上。弹簧装置14在调节元件2的调节运动时通过此调节元件被轴向预紧直至最大预紧力，所述最大预紧力被选择为尽可能高。同时，弹簧装置14的力位移特性曲线比较平，以实现对于调节元件2的尽可能长的加速支持。此类弹簧装置14的设计可以基于根据本发明的芯区域3和永磁体装置5的重叠而实现。

[0042] 在所示的实施例中，永磁体装置5在导磁的壳体15的内周上导引，且调节元件2在所示的实施例中例如为单独的壳体套筒部分16上导引。

[0043] 在图2a中很简化地示出了芯区域3和带有永磁体装置5的调节元件2的构造。图中可见，芯区域侧的碗形的极盘7与芯区域3重叠地共同作用。在此可构思不同的构造。作为芯区域的径向外部的轴向跨越的替代或补充，永磁体装置5可在示例的环形或中心开口内嵌接到芯区域3内。芯区域也可被构造为在径向外部在轴向方向上跨越永磁体装置5，或嵌接到永磁体装置5内尤其是极盘7中的例如环形的开口内。也构造与示意性地图示的情况不同的重叠区域的几何构造，例如锥形的构造。

[0044] 在图2b中在力或行程(F)/位移(s)特性曲线K1中示出对应的永磁力。可见，在开始的明显降低的区域之后的特性曲线的平缓的区域。此变平(鞍部分或台部分)通过轴向重叠实现。以此可使用带有具有比较高的预紧力和平的走向的特性曲线F1的弹簧。例如，在垂直的虚线的区域内，弹簧装置14仅由于永磁体装置5的永磁力作用在芯区域侧端部位置的方向上而被拉动。通过特性曲线的平的构造，实现了对于调节元件在其整个行程上的在凸轮轴侧端部位置的方向上的加速支持。

[0045] 在图中也绘出了不很优选的带有更低的预紧力的弹簧的弹簧特性曲线F2，其中由于简化原因，选择了相同的弹簧常数。此弹簧导致更低的加速效果。

[0046] 现在如果将根据图2a和图2b的构造与根据图3a和图3b的现有技术的构造进行比较，则确定了根据本发明的构造的优点。在图2a中示出了包括带有永磁体装置5的调节元件2的设备，其中设备被构造为扁平电枢系统，即永磁体装置不与芯区域重叠地共同作用。由此导致在图3b中所示的永磁体装置的在永磁力(F)行程(s)曲线图中的双曲线形的特性曲线K2。为解释本发明的相对于现有技术的实施形式的有利性绘出了相同的弹簧特性曲线F1、F2，其中特性曲线F1在很短的行程之后已与双曲线形的特性曲线K2相交，使得必须选择带有弹簧特性曲线F2的弹簧，以可维持相同的以垂直的虚线图示的、经常取决于系统预先给定的回动点。

[0047] 但这导致带有更低的预紧力的弹簧，且因此导致对于调节元件在从芯区域离开的方向上的更差的加速支持。

[0048] 在图4中明显简化地示出了芯区域3和带有永磁体装置5的调节元件2的另外的替代的构造。与根据图2a的实施例相反，此处芯区域成型为碗形且芯区域侧极盘7轴向地且在中心伸入由芯区域3形成的碗内。在所示的实施例中，调节元件、确切而言极盘7或其轴向隆起在芯区域内导引。

[0049] 附图标号列表

[0050] 1 调节设备

[0051] 2 调节元件

[0052] 3 芯区域

[0053] 4 接合区域

[0054] 5 永磁体装置

[0055] 6 永磁体

[0056] 7 极盘

[0057] 8 极盘

[0058] 9 平面部分

[0059] 10 重叠部分

[0060] 11 线圈装置

[0061] 12 线圈架

[0062] 13 线圈

[0063] 14 弹簧装置

[0064] 15 壳体

[0065] 16 套筒部分

[0066] F1 弹簧特性曲线

[0067] F2 弹簧特性曲线

[0068] K1 特性曲线

[0069] K2 特性曲线