DE10065144A1 - Aktor mit einem Rotor drehenden elektromagnetischen Antrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einem ein Stellglied bewegenden elektromagnetischen Antrieb, wobei der elektromagnetische Antrieb von einer Schaltungsanordnung geregelt wird, die direkt im Aktorgehäuse angeordnet ist. Das Stellglied weist dabei einen Signalgeber auf, dessen zugehöriger Sensor Teil der Schaltungsanordnung ist. Bei der Verwendung eines Kühlmittels zwischen dem Stellglied und der Schaltungsanordnung ist der Aktor thermisch belastbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einem einen Rotor drehenden elektromagneti­ schen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Aktoren handelt es sich um Baugruppen, die innerhalb komplexerer Maschinen einfache Stell- , Schiebe- oder Drehfunktionen übernehmen. Dabei wirkt ein bei­ spielsweise elektromagnetischer Antrieb auf ein Stellglied, welches die Stell-, Schie­ be- oder Drehfunktionen ausführt.

Bekannt sind beispielsweise Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung, bei denen ein von zwei Elektromagneten gebildeter elektromagnetischer Antrieb als Stellglied eine Baugruppe aus Anker und Schubstange bewegt, durch die ein Gas­ wechselventil einer Brennkraftmaschinen betätigt wird.

Bei anderen Aktoren wird mittels eines als Elektromotor ausgebildeten elektroma­ gnetischen Antriebes ein als Rotor ausgebildetes Stellglied gedreht, wobei der Rotor beispielsweise eine Klappe betätigt, die eine definierte Stellung einnehmen soll. Da­ zu verfügt ein derartiger Aktor über eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position des Stellgliedes, wodurch ein dem Aktor zugeordnetes Steuergerät die Position des zu stellenden Bauteils steuern oder regeln kann.

Beispielsweise ist in der DE 198 43 075 ein Aktor zur elektromagnetischen Ventil­ steuerung beschrieben, der über eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position des Aktors verfügt. Diese Vorrichtung besteht aus einem Hallsensor, der die magneti­ sche Feldstärke eines mit dem Anker verbundenen Permanentmagneten sensiert, wodurch ein dem Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung zugeordnetes Steuergerät über ein zur Position des Stellgliedes proportionales Signal verfügt, das zur Steuerung/Regelung des Aktors verwendet werden kann.

Der Nachteil dieses Aktors besteht darin, daß aufgrund des komplexe Zusammen­ spiels der Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit weiteren Kompo­ nenten der Brennkraftmaschine ein zentrales Steuergerät die Steuer- oder Regel­ funktionen der Aktoren übernimmt. Dadurch sind die Vorrichtung zur Bestimmung der Position des Stellgliedes und das Steuergerät räumlich voneinander getrennt, so daß Leitungen, Durchführungen und Steckverbindungen notwendig sind, wodurch die Signalqualität verschlechtert wird, und wodurch die Anordnung teuer und störanfällig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor mit einem einen Rotor dre­ henden elektromagnetischen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 anzugeben, der ein präzises Sensorsignal gewährleistet, eine hohe Betriebssicher­ heit aufweist und dabei kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst, wonach die Schaltungsanordnung in dem Aktorgehäuse an­ geordnet ist, wonach der Geber mit dem Rotor verbunden ist, und wonach der Sen­ sor auf dem Schaltungsträger angeordnet ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einer thermischer Bela­ stung des Aktors zwischen der Schaltungsanordnung und dem Rotor ein Kühlkörper angeordnet ist. Entsprechende thermische Belastungen treten beispielsweise bei Aktoren auf, die ein Ventil zur Abgasrückführung betätigen, oder die eine variable Schaufelgeometrie eines Abgasladers betätigen.

Dabei ist weiterhin vorgesehen, daß der Kühlkörper eine Aussparung für den mit dem Rotor verbundenen Geber aufweist.

Der Geber kann vorteilhaft als Permanentmagnet und der Sensor als Hallsensor ausgebildet werden.

Zur Kontaktierung der Schaltungsanordnung weist das Aktorgehäuse vorteilhaft eine Aussparung auf, in der eine die Schaltungsanordnung kontaktierende Steckverbin­ dung angeordnet wird.

In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Stellglied als ein von dem elektromagnetischen Antrieb zu drehender Rotor ausgebildet ist.

Der erfindungsgemäße Aktor mit einem einen Rotor drehenden elektromagneti­ schen Antrieb ermöglicht einen kostengünstigen und zuverlässigen Aufbau, bei dem eine hohe Signalqualität der Vorrichtung zur Bestimmung der Position des Stellglie­ des gewährleistet ist.

Im folgenden ist ein Aktor mit einem einen Rotor drehenden elektromagnetischen Antrieb anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer Figur dargestellt und erläutert.

Es zeigt:

Figur ein Schnittbild eines Aktors, bei dem mittels eines Elektromotors ei­ ne Rotor zum Betätigen einer Drosselklappe bewegt wird, und bei dem die Vorrichtung zur Bestimmung der Position des Rotors auf ei­ ner innerhalb des Aktors angeordneten Schaltungsanordnung ange­ ordnet ist,

In der Figur ist ein Aktor zum betätigen einer thermisch hoch belasteten Drossel­ klappe eines Abgasrückführventils einer Brennkraftmaschine dargestellt.

Der als Elektromotor 2.1 ausgebildete elektromagnetische Antrieb des Aktors wirkt auf einen als Rotor 2.2 ausgebildetes Stellglied, der fest mit einer Antriebswelle 2.3 verbunden ist. Die Antriebswelle 2.3 ist mit der nicht dargestellten Drosselklappe des Abgasrückführventils verbunden.

Der Rotor 2.2 führt typischer Weise Drehbewegungen von 0 bis 90 Grad aus, wo­ durch die Drosselklappe stufenlos Stellwinkel von der vollständigen Absperrung des Gasstroms bis zur praktisch gänzlichen Freigabe des Gasstroms einnimmt.

Für optimierte Verbrennungseigenschaften der Brennkraftmaschine sind dreh­ zahlabhängig unterschiedliche Abgasrückführraten erforderlich. Die durch das Ab­ gasrückführventil strömende Gasmenge ist einem zentralen Motorsteuergerät in Ab­ hängigkeit der Kurbelwellendrehzahl und in Abhängigkeit des Stellwinkels der Dros­ selklappe bekannt. Dementsprechend werden dem Aktor von dem zentralen Steuer­ gerät die drehzahlabhängigen Sollwerte für den jeweils benötigten Stellwinkel der Drosselklappe zum Einstellen des benötigten Gasstroms durch das Abgasrückführ­ ventil vorgegeben.

Dazu ist innerhalb des Aktorgehäuses 1 eine auf einem Schaltungsträger 3.1 aufge­ brachte Schaltungsanordnung 3.2 angeordnet, die über eine aus dem Aktorgehäuse 1 herausgeführte Steckverbindung 5 mit dem zentralen Motorsteuergerät verbunden ist. Die Schaltungsanordnung übernimmt entsprechend den vom zentralen Motor­ steuergerät vorgegebenen Sollwerten des Stellwinkels der Drosselklappe die An­ steuerung des Elektromotors 2.1, wodurch die Drosselklappe über den Rotor 2.2 und die Antriebswelle 2.3 in den vorgegebenen Stellwinkel fährt.

Zur exakten Positionierung der Drosselklappe ist innerhalb der im Aktorgehäuse 1 angeordneten Schaltungsanordnung 3.2 ein eine Sensorvorrichtung aufweisender Regelkreis integriert.

Die Sensoranordnung besteht aus einem am Rotor 2.2 befestigten Permanentma­ gneten 6 und einem auf dem Schaltungsträger 3.1 angeordneten mit der Schal­ tungsanordnung 3.2 verbundenen Hallsensor 7. Die Feldstärke des Permanentma­ gneten 6 ist dabei so bemessen, daß der Hallsensor 7 die Position des Rotors 2.2 durch das Material des Schaltungsträgers 3.1 hindurch erfassen kann. Der Hallsen­ sor 7 kann dabei als gehäustes oder als ungehäustes Bauelement ausgelegt sein. Durch die Sensoranordnung kann die Schaltungsanordnung 3.2 die Istposition des Rotors 2.2 mit dem vom zentralen Steuergerät vorgegebenen Sollwert für den Stell­ winkel der Drosselklappe vergleichen und eventuelle Abweichungen zwischen Soll- und Istwert selbsttätig, ohne das zutun des zentralen Motorsteuergerätes, ausglei­ chen. Durch die Integration des Hallsensors 7 in die den Elektromotor 2.1 regelnden Schaltungsanordung 3.2 werden besonders kurze Signallaufzeiten ermöglicht, die eine unverfälschte Positionsbestimmung des Rotors 2.2 ermöglichen.

Die Drosselklappe des Abgasrückführventils stellt ein thermisch hoch belastetes Bauteil dar, wodurch die Antriebswelle 2.3 und der Rotor 2.2 aus hitzebeständigen Werkstoffen gefertigt werden. Dabei werden vorzugsweise metallische Materialien verwendet, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wodurch es zu einer starken Erwärmung des Schaltungsträgers 3.1 und der Schaltungsanordnung 3.2 kommen kann.

Zur Vermeidung einer übermäßigen Erwärmung der Schaltungsanordnung 3.2 ist zwischen dem Rotor 2.2 und dem Schaltungsträger 3.1 ein Kühlkörper 4 angeord­ net. Der Kühlkörper 4 kann zusammen mit dem Schaltungsträger 3.1 und der Schal­ tungsanordnung 3.2 als gemeinsame Baugruppe vorgefertigt werden. Dabei besteht der Schaltungsträger aus einem Keramiksubstrat 3.1, auf dem die Schaltungsanord­ nung 3.2 und der Hallsensor 7 direkt aufgebracht sind. Auf der gegenüberliegenden Seite des Keramiksubstrates 3.1 ist als Kühlkörper ein Kühlblech 4 angebracht. Die Baugruppe aus Kühlblech 4, Keramiksubstrat 3.1 und Schaltungsanordnung 3.2 ist als gemeinsames Bauteil mit dem Aktorgehäuse 1 verbunden. Das Kühlblech 4 weist dabei eine Aussparung für den am Rotor 2.2 befestigten Permanentmagneten 6 auf

Durch den beschriebenen Aktor mit einem einen Rotor 2.2 drehenden Elektromotor 2.1, bei dem das Keramiksubstrat 3.1, die Schaltungsanordnung 3.2 und das Kühl­ blech 4 zu einer Baugruppe zusammengefaßt sind, und diese Baugruppe im Aktor­ gehäuse 1 angeordnet ist, ist ein präzise Bestimmung der Position des Rotors 2.2 sichergestellt, wodurch bei geringen Herstellungskosten eine hohe Betriebssicher­ heit gewährleistet ist.

Claims (8)

1. Aktor mit einem ein Stellglied (2.2) bewegenden elektromagnetischen Antrieb (2.1), wobei das Stellglied (2.2) und der elektromagnetische Antrieb (2.1) im Ak­ torgehäuse (1) angeordnet sind, mit einer einen Schaltungsträger (3.1) aufwei­ senden Schaltungsanordnung (3.2) zur Steuerung/Regelung des elektromagneti­ schen Antriebs (2.1) und mit einer einen Geber (6) und einen Sensor (7) aufwei­ senden Vorrichtung zur Bestimmung der Position des Stellgliedes (2.2), dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (3.2) in dem Aktorgehäuse (1) an­ geordnet ist, daß der Geber (6) mit dem Stellglied (2.2) verbunden ist, und daß der Sensor (7) auf dem Schaltungsträger (3.1) angeordnet ist.

2. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei thermischer Belastung des Aktors zwischen der Schaltungsanordnung (3.2) und dem Stellglied (2.2) ein Kühlkörper (4) angeordnet ist.

3. Aktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (4) eine Aussparung für den mit dem Stellglied (2.2) verbundenen Geber (6) aufweist.

4. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (6) ein Permanentmagnet und der Sensor (7) ein Hallsensor ist.

5. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Aktorgehäuse (1) aus Aussparung für eine die Schaltungsanordnung (3.2) kontaktierenden Steckverbindung (5) vorgesehen ist.

6. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetischen Antrieb (2.1) ein Elektromotor ist, und daß das Steilglied (2.2) ein zu drehender Rotor ist.

7. Aktor zum Betätigen eines Abgasrückführventils.

8. Aktor zum Betätigen der variablen Schaufelradgeometrie eines Abgasturboladers.