DE19747009A1 - Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils - Google Patents
Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines GaswechselventilsInfo
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- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Elektromagnetische Aktuatoren zur Betätigung von Gaswechselven
tilen besitzen in der Regel zwei Schaltmagnete, einen Öffnungs
magneten und einen Schließmagneten, zwischen deren Polflächen
ein Anker koaxial zu einer Ventilachse verschiebbar angeordnet
ist. Der Anker wirkt über einen Ankerstößel auf einen Ventil
schaft des Gaswechselventils. Bei Aktuatoren nach dem Prinzip
des Massenschwingers wirkt ein vorgespannter Federmechanismus
auf den Anker. Als Federmechanismus dienen meist zwei vorge
spannte Druckfedern, und zwar eine obere und eine untere
Ventilfeder. Die obere Ventilfeder belastet in Öffnungsrichtung
und die untere Ventilfeder in Schließrichtung des Gaswechsel
ventils. Bei nicht erregten Magneten wird der Anker durch die
Ventilfedern in einer Gleichgewichtslage zwischen den Magneten
gehalten.
Wird der Aktuator beim Start aktiviert, wird entweder der
Schließmagnet oder der Öffnungsmagnet kurzzeitig übererregt
oder der Anker mit einer Anschwingroutine mit seiner Resonanz
frequenz angeregt, um ihn aus der Gleichgewichtslage anzuzie
hen. In geschlossener Stellung des Gaswechselventils liegt der
Anker an der Polfläche des erregten Schließmagneten an und wird
von diesem gehalten. Der Schließmagnet spannt die in Öffnungs
richtung wirkende Ventilfeder weiter vor. Um das Gaswechselven
til zu öffnen, wird der Schließmagnet ausgeschaltet und der
Öffnungsmagnet eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wirkende
Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage
hinaus, so daß dieser von dem Öffnungsmagneten angezogen wird.
Der Anker schlägt an die Polfläche des Öffnungsmagneten an und
wird von dieser festgehalten. Um das Gaswechselventil wieder zu
schließen, wird der Öffnungsmagnet ausgeschaltet und der
Schließmagnet eingeschaltet. Die in Schließrichtung wirkende
Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage
hinaus zum Schließmagneten. Der Anker wird vom Schließmagneten
angezogen, schlägt auf die Polfläche des Schließmagneten auf
und wird von diesem festgehalten.
Von Beginn an nicht berücksichtigte oder sich über der Zeit
verändernde Größen, wie beispielsweise Fertigungstoleranzen
einzelner Bauteile, Wärmedehnung unterschiedlicher Materialien,
differierende Federsteifigkeiten der oberen und der unteren
Ventilfeder, sowie Setzerscheinungen durch Alterung der Ventil
federn usw., können dazu führen, daß die durch die Ventilfedern
bestimmte Gleichgewichtslage nicht mit einer energetischen
Mittenlage zwischen den Polflächen übereinstimmt bzw. nicht
eine bestimmte Position aufweist. Ferner können derartige
Größen bewirken, daß der Anker nicht mehr vollständig an den
Polflächen der Magnete zum Anliegen kommt, daß Spiel zwischen
dem Ankerschaft und dem Ventilschaft entsteht und/oder daß das
Gaswechselventil nicht mehr vollständig schließt.
Die von dem Schließmagneten und dem Öffnungsmagneten benötigte
Energie, auch Fangenergie genannt, den Anker von einem bestimm
ten Abstand aus anzuziehen, nimmt mit dem Abstand exponentiell
zu. Dies führt dazu, daß bei einem Anker, der beispielsweise in
Richtung des Öffnungsmagneten verschoben ist, zwar der Energie
bedarf des Öffnungsmagneten aufgrund des geringeren Abstands
kleiner wird, jedoch schlägt der Anker bei großem Mittenlagen
versatz auf den Magneten auf und versucht zurückzuprellen.
Dadurch steigt der Energiebedarf stark an. Außerdem nimmt der
Energiebedarf des Schließmagneten aufgrund des exponentiellen
Zusammenhangs mit dem Abstand wesentlich stärker zu als sich
der des Öffnungsmagneten verringert. Der Gesamtenergiebedarf
steigt an. Die durch die Ventilfedern bestimmte optimale
Gleichgewichtslage des Ankers befindet sich daher in der
energetischen Mittenlage zwischen den Polflächen.
Ferner werden durch den exponentiellen Zusammenhang schnell
Abstände erreicht, bei denen der Energiebedarf unzulässig hoch
ist, so daß der Öffnungsmagnet bzw. der Schließmagnet den Anker
nicht mehr anziehen kann. Der Aktuator verliert seine Funktion.
Neben dem Energiebedarf, wirkt sich die Gleichgewichtslage und
die Mittenlage auf die Steuerzeiten aus. Verändert sich die
Mittenlage zu der Gleichgewichtslage oder umgekehrt durch
Toleranzen, Wärmedehnungen usw., so verändern sich auch die
Öffnungszeit und die Schließzeit des Gaswechselventils. Die
Gaswechselventile und insbesondere die Gaseinlaßventile sollten
jedoch zeitgenau schließen und öffnen, um gleichmäßige Zylin
derfüllungen zu erreichen und um eine Brennkraftmaschine exakt
regeln zu können.
Aus der DE 39 20 976 A1 ist ein Aktuator bekannt, bei dem eine
obere Ventilfeder auf der dem Gaswechselventil abgewandten
Seite des Ankers und eine untere Ventilfeder auf der dem
Gaswechselventil zugewandten Seite des Ankers angeordnet ist.
Die obere Ventilfeder stützt sich auf der dem Gaswechselventil
zugewandten Seite am Anker und auf der dem Gaswechselventil
abgewandten Seite an einer Stellschraube ab, die in einen
zweiten beweglichen Anker geschraubt ist. Der Öffnungsmagnet
ist verschiebbar und der Schließmagnet ist fest in einem
Bauteil angeordnet.
Es können zwei verschiedene Arbeitshübe des Ankers eingestellt
werden, die sich durch verschiedene Abstände zwischen den
Magneten ergeben. Der größere Arbeitshub wird erreicht, indem
in einer Ausgangsstellung der zweite bewegliche Anker gemeinsam
mit der Stellschraube durch eine Spule in Richtung Gaswechsel
ventil gegen ein feststehendes Joch gezogen wird, das einstückig
mit einem Kern des Schließmagneten verbunden ist. Der
zweite Anker verschiebt dabei über einen Verbindungsbolzen den
Öffnungsmagneten gegen eine Scheibe. Der größere Arbeitshub
erfordert ein erhöhtes Kraftniveau der Magnete. Dies wird
kompensiert, indem durch den Kontakt mit der Scheibe und dem
zweiten Anker die Kerne der Magnete vergrößert werden. Wird
zwischen den Arbeitshüben gewechselt, werden die Gleichge
wichtslage des Ankers und die Mittenlage gemeinsam verstellt.
Die Gleichgewichtslage kann zudem unabhängig von der Mittenlage
durch Verdrehen der Stellschraube im zweiten Anker eingestellt
werden.
Ferner ist aus der DE 196 47 305.5 ein Aktuator für ein Gas
wechselventil bekannt, der schwimmend in einem Zylinderkopf
gelagert ist. Beide Ventilfedern sind auf der dem Gaswechsel
ventil zugewandten Seite des Aktuators angeordnet. Die Ventil
federn können unterhalb des Aktuators mit unterschiedlichen
Durchmessern ineinander geführt werden. Die Ventilfedern werden
nicht mehr innerhalb der Magnete geführt, wodurch die Aktuato
ren kürzer und schlanker gebaut werden können. Ferner kann
günstig, von oben leicht zugänglich und auf der dem Gaswechsel
ventil abgewandten Seite des Aktuators eine Spielausgleichsein
richtung angeordnet werden. Sie muß damit nicht mit dem Anker
und dem Gaswechselventil beschleunigt werden. Die Spielaus
gleichseinrichtung gleicht sowohl positives als auch negatives
Spiel aus, indem der gesamte Aktuator in Längsrichtung verscho
ben wird. Die obere Ventilfeder stützt sich über eine Federauf
lage am Öffnungsmagneten ab, wodurch mit dem Spielausgleich die
Mittenlage der Magnete und die Gleichgewichtslage des Ankers
gemeinsam verändert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kurz und schlank
bauenden Aktuator zu schaffen, bei dem die Gleichgewichtslage
des Ankers unabhängig von der Mittenlage des Öffnungsmagneten
und des Schließmagneten einstellbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An
spruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen
werden können.
Eine schlanke und kurze Bauweise wird mit einer oberen und
einer unteren Ventilfeder erreicht, die beide auf einer einem
Gaswechselventil zugewandten Seite eines Aktuators angeordnet
sind.
Die Ventilfedern sind jeweils zwischen einer gehäusefesten
Federauflage und einer zur gemeinsamen Bewegung mit einem
Ankerstößel bzw. mit einem Ventilschaft verbundenen Federaufla
ge eingespannt.
Zumindest eine Federauflage ist über ein Gewinde mit einem
angrenzenden Bauteil verbunden und kann in seiner Position in
Längsrichtung zur Ventilachse durch einen drehbaren Ventil
schaft verstellt werden, wodurch ein Fußpunkt einer Ventilfeder
unabhängig von der Lage der Magnete verstellt werden kann. Die
Gleichgewichtslage ist damit unabhängig von einer energetischen
Mittenlage zwischen den Magneten einstellbar. Dies ist erfor
derlich, wenn sich nur die Mittenlage oder die Gleichgewichts
lage aus einem optimalen Bereich verschiebt, beispielsweise
wenn sich nur die Gleichgewichtslage infolge einer Federermü
dung verändert und die Mittenlage gleich bleibt bzw. aufgrund
der geometrischen Verhältnisse nicht entsprechend angepaßt
werden kann. Die Gleichgewichtslage kann stets auf eine be
stimmte Position eingestellt werden, beispielsweise auf die
Mittenlage der Magnete, wodurch ein geringer Energiebedarf, ein
sicheres Öffnen und Schließen und bestimmte Öffnungszeiten und
Schließzeiten erreicht werden.
Die verstellbare Federauflage ist über ein Gewinde gelagert und
wird durch Verdrehen des Gaswechselventils verstellt. Es werden
vorhandene Bauteile genutzt, wodurch bei einem geringen Bauraum
ohne oder mit nur wenig zusätzlichen Bauteilen eine leicht und
präzise einstellbare Vorrichtung geschaffen wird.
Ferner ist die Gleichgewichtslage bei montiertem Aktuator
einstellbar, indem das aus dem Aktuator herausragende Gaswech
selventil als Verstellantrieb genutzt wird. Grundsätzlich ist
es jedoch auch möglich, eine über ein Gewinde gelagerte Feder
auflage durch Verdrehen des Ankers zu verstellen.
Sind der Ventilschaft und der Ankerstößel einstückig ausgeführt
oder drehfest miteinander verbunden, können auch die Federauf
lagen der oberen Ventilfeder verstellt werden, indem das
Gaswechselventil gedreht wird. Vorteilhaft ist es jedoch, eine
Federauflage der unteren Ventilfeder durch Verdrehen des
Gaswechselventils zu verstellen, da hierfür meist nur geringe
konstruktive Änderungen erforderlich sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie die daraus resultie
renden Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen zu entnehmen.
In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahlreiche
Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrieben. Der
Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln
betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammen
fassen.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils
mit einer auf einem Ventilschaft angeordneten, ver
stellbaren Federauflage,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich einer unteren
Ventilfeder einer Variante nach Fig. 1,
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich einer unteren
Ventilfeder mit einer verstellbaren, gehäusefesten Fe
derauflage und
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich einer unteren
Ventilfeder einer Variante nach Fig. 3.
Fig. 1 zeigt einen Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselven
tils 1, der in einem Bauteil 2 eingesetzt und zu der vom
Gaswechselventil 1 abgewandten Seite mit einem Deckel 40
verschlossen ist. Das Bauteil 2 ist meist ein Zylinderkopf,
möglich ist jedoch auch, daß der Aktuator teilweise oder
vollständig in einen Aktuatorenträger eingesetzt ist. Der
Aktuator hat sowohl einen Öffnungsmagneten 3 als auch einen
Schließmagneten 4, zwischen deren Polflächen 35, 36 ein Anker 5
axial zu einer Ventilachse 6 verschiebbar angeordnet ist. Der
Anker 5 trifft wechselweise mit seinen Anlaufflächen 37, 38 auf
die Polflächen 35, 36 auf und wird von den Magneten 3, 4 in
zwei getrennten Schaltpositionen gehalten.
Der Anker 5 ist auf einem Ankerstößel 7 befestigt oder mit
diesem einstückig ausgeführt, mit dem er auf einen Ventilschaft
8 des Gaswechselventils 1 wirkt. Der Ventilschaft 8 ist in
einer Ventilschaftführung 42 in Längsrichtung 22 verschiebbar
und um seine Längsachse 6 drehbar gelagert. Ferner besitzt der
Aktuator ein Federsystem unterhalb des Öffnungsmagneten 3 mit
einer unteren, in Schließrichtung wirkenden Ventilfeder 9 und
mit einer oberen, in Öffnungsrichtung 25 wirkenden Ventilfeder
10. Die Ventilfedern 9, 10 sind jeweils vorgespannt zwischen
einer gehäusefesten und einer zur gemeinsamen Bewegung mit dem
Ankerstößel 7 bzw. mit dem Ventilschaft 8 verbundenen Federauf
lage 14, 17 angeordnet. Als gehäusefeste Federauflage für die
untere Ventilfeder 9 dient das Bauteil 2, an dem sie sich in
Richtung Gaswechselventil 1 abstützt. In Schließrichtung stützt
sich die untere Ventilfeder 9 an der auf dem Ventilschaft 8
befestigten Federauflage 14 ab, die als Federteller ausgeführt
ist.
Als gehäusefeste Federauflage für die obere Ventilfeder 10
dient der Öffnungsmagnet 3, an dem sie sich in die vom Gaswech
selventil 1 abgewandte Richtung abstützt. In Öffnungsrichtung
25 stützt sich die obere Ventilfeder 10 an der auf dem An
kerstößel 7 befestigten Federauflage 17 ab, die ebenfalls als
Federteller ausgeführt ist.
Die Ventilfedern 9, 10 sind soweit vorgespannt, daß sich bei
unbestromten Schaltmagneten 3, 4 der Anker 5 in eine annähernd
mittlere Position zwischen den Schaltmagneten 3, 4 einstellt
und unmittelbar vor der Schließstellung des Gaswechselventils 1
eine Restschließkraft der unteren Ventilfeder 9 und vor der
Öffnungsstellung eine Restöffnungskraft der oberen Ventilfeder
10 vorhanden ist.
Wird der Aktuator gestartet, wird entweder der Schließmagnet 4
oder der Öffnungsmagnet 3 übererregt oder der Anker 5 mit einer
Schwingungsroutine mit seiner Resonanzfrequenz angeregt, um ihn
zu einer Polfläche 35, 36 zu bewegen und dort zu halten. In
geschlossener Stellung des Gaswechselventils 1 liegt der Anker
5 mit seiner ersten Anlauffläche 37 an der Polfläche 35 des
bestromten Schließmagneten 4 an und wird von diesem gehalten.
Der Schließmagnet 4 spannt die in Öffnungsrichtung 25 wirkende
obere Ventilfeder 10 vor. Um das Gaswechselventil 1 zu öffnen,
wird der Schließmagnet 4 ausgeschaltet und der Öffnungsmagnet 3
eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung 25 wirkende Ventilfeder
10 beschleunigt den Anker 5 über die Gleichgewichtslage hinaus,
so daß dieser von dem Öffnungsmagneten 3 angezogen wird. Der
Anker 5 trifft mit seiner zweiten Anlauffläche 38 auf die
Polfläche 36 des Öffnungsmagneten 3 und wird von diesem festge
halten. Um das Gaswechselventil 1 wieder zu schließen, wird der
Öffnungsmagnet 3 ausgeschaltet und der Schließmagnet 4 einge
schaltet. Die in Schließrichtung wirkende Ventilfeder 9 be
schleunigt den Anker 5 über die Gleichgewichtslage hinaus zum
Schließmagneten 4. Der Anker 5 wird vom Schließmagneten 4
angezogen, trifft auf die Polfläche 35 des Schließmagneten 4
auf und wird von diesem festgehalten. Mit dem Auftreffen des
Ankers 5 trifft ein Ventilteller 39 auf einen Ventilsitzring 41
auf und verschließt einen nicht näher dargestellten Kanal.
Erfindungsgemäß ist die Federauflage 14 der unteren Ventilfeder
9 über ein Gewinde 18 mit dem Ventilschaft 8 verbunden. Soll
die durch die Vorspannung der Ventilfedern 9, 10 bestimmte
Gleichgewichtslage des Ankers 5 eingestellt werden, wird die
Federauflage 14 über einen seitlich zu einer Öffnung 43 ein
führbaren Stift 24 in Drehrichtung fixiert und das Gaswechsel
ventil 1 gedreht. Je nach Drehrichtung verschiebt sich die
Federauflage 14 in Längsrichtung 22 nach oben oder nach unten
auf dem Ventilschaft 8, wodurch der Abstand zwischen dem
Bauteil 2 und der Federauflage 14 und damit die Vorspannung der
unteren Ventilfeder 9 eingestellt wird. Nachdem die Gleichge
wichtslage eingestellt ist, wird der Stift 24 entfernt und die
Öffnung 43 über ein nicht näher dargestelltes Verschließelement
verschlossen.
Ist der Ventilschaft und der Ankerstößel einstückig ausgeführt
oder sind sie drehfest miteinander verbunden, so ist es auch
möglich, daß die zur gemeinsamen Bewegung mit dem Ankerstößel
verbundene Federauflage zusätzlich oder ausschließlich über ein
Gewinde mit dem Ankerstößel verbunden ist und getrennt oder
gemeinsam mit der Federauflage der unteren Ventilfeder 9
verstellt werden kann. Sind Ankerstößel und Ventilschaft
einstückig ausgeführt, können auch die darauf angeordneten
Federauflagen einstückig ausgeführt und gemeinsam verstellbar
sein.
Bei den nachfolgend beschriebenen Varianten sind gleichbleiben
de oder nur unwesentlich veränderte Bauteile mit gleichbleiben
den Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt aus dem Bereich
der unteren Ventilfeder 9 eine Variante nach Fig. 1.
Um sicher zu stellen, daß der für den Betrieb erforderliche
Ventilhub auch bei auftretenden Toleranzen erreicht wird und
bei einem Überschwingen des Gaswechselventils 1 keine Bauteile
aufeinander schlagen, beispielsweise die auf dem Ventilschaft 8
angeordnete Federauflage 15 und die Ventilschaftführung 42
usw., ist der mögliche Ventilhub bei einem zweiteiligen An
kerstößel 7 und Ventilschaft 8 ausgehend von der Gleichge
wichtslage in Öffnungsrichtung 25 um einen gewissen Sicher
heitsbereich größer als der für den Betrieb erforderliche
Ventilhub. An diesen Sicherheitsbereich schließt sich erfin
dungsgemäß ein Einstellbereich für die Federauflage 15 an,
wobei auch möglich ist, daß sich die Bereich überlappen, wenn
der Sicherheitsbereich ausreichend groß bemessen ist.
Soll die Gleichgewichtslage des Ankers 5 eingestellt werden,
wird das Gaswechselventil 1 über seine durch den Betrieb
bestimmte Öffnungsstellung hinaus in die vom Aktuator abgewand
te Richtung 25 in den Einstellbereich verschoben.
Die Ventilfeder 9 stützt sich nicht direkt sondern über eine
davon getrennte, drehfest gelagerte Federauflage 11 an dem
Bauteil 2 ab.
Die Federauflage 11 ist als Federteller ausgeführt und besitzt
eine in Richtung des Aktuator weisende Erstreckung 44, die im
Einstellbereich den größten Teil der Blocklänge der Ventilfeder
9 überbrückt und mit Zapfen 45 mit einer Kontur 31 der Feder
auflage 15 in Eingriff kommt. Die Federauflage 15 wird damit in
Drehrichtung durch die gehäusefeste Federauflage 11 fixiert und
kann je nach Drehrichtung des Gaswechselventils 1 nach oben
oder nach unten in Längsrichtung 22 auf dem Ventilschaft 8
verstellt werden. Die untere Federauflage 11 dient damit
gleichzeitig als Fixiervorrichtung, wodurch ein zusätzliches
Bauteil eingespart wird.
Die Federauflagen 11, 15 kommen außerhalb des Betriebsbereichs
und vorzugsweise außerhalb des Sicherheitsbereichs in Kontakt,
wodurch sicher gestellt ist, daß sie nicht im Betrieb aufeinan
der treffen und die Funktion behindern. Der Einstellbereich
schließt sich unmittelbar an den Sicherheitsbereich an, wodurch
die untere Ventilfeder 9 nur geringfügig überdrückt werden muß,
um die Gleichgewichtslage einzustellen. Es muß eine geringe
Kraft zum Überdrücken der Ventilfeder 9 aufgebracht werden und
eine Beschädigung der Ventilfeder 9 ist ausgeschlossen.
Die Erstreckung 44 ist vorzugsweise an der gehäusefesten
Federauflage 11 angeordnet und nicht an der auf dem Ventil
schaft 8 gelagerten Federauflage 15, wodurch bewegte Masse
eingespart wird.
Trotzdem sollte die Federauflage 11 mit der Erstreckung 44
möglichst leicht ausgeführt werden. Hierzu ist die Erstreckung
44 möglichst nahe am Ventilschaft 8, innerhalb des inneren
Durchmessers der Ventilfeder 9 angeordnet. Damit besitzt die
Erstreckung 44 einen kleinen Durchmesser, ein geringes Volumen
und eine kleine Masse. Möglich ist jedoch auch eine die Ventil
feder 9 umgebende Erstreckung. Ferner kann Masse eingespart
werden, indem die Erstreckung 44 statt durch einen geschlosse
nen Kreisring von einzelnen Stegen gebildet wird.
In den in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausgestaltungen ist die
Federauflage 16 drehfest auf dem Ventilschaft 23 und die
gehäusefeste untere Federauflage 12, 13 ist über ein Gewinde
19, 20 gelagert. Die Federauflagen 12, 13 besitzen wiederum in
Richtung Aktuator weisende Erstreckungen 29, 30 mit Zapfen 45.
Die Federauflagen 12, 13 werden verstellt, indem das Gaswech
selventil 1 über die Öffnungsstellung und möglicherweise über
einen Sicherheitsbereich in einen Einstellbereich verschoben
wird, die Kontur 31 der Federauflage 16 in die Zapfen 45 der
Erstreckungen 29, 30 greift und diese mitnimmt. Die Federaufla
gen 12, 13 werden demnach analog der in Fig. 2 beschriebenen
erfindungsgemäßen Ausgestaltung verstellt, nur mit umgekehrtem
Antriebsprinzip.
In Fig. 3 ist die Federauflage 12 über ein Außengewinde 19 im
Bauteil 21 gelagert. In Fig. 4 ist die Federauflage 13 über ein
Innengewinde 20 an der Schaftführung 26 gelagert. Die Schaft
führung 26 ist mit einer großen Überdeckung in das Bauteil 2 bzw. 21
eingepreßt, um Luftspalte zu vermeiden und damit einen
guten Wärmeübergang sicher zu stellen. Sie ist dadurch fest im
Bauteil 2, 21 gelagert und kann als Lagerstelle für die Feder
auflage 13 genutzt werden. Die Federauflage 13 mit dem Innenge
winde 20 besitzt einen kleineren Umfang und kann dadurch
leichter mit einem kleineren Volumen ausgeführt werden.
Damit sich das Gaswechselventil 1 und insbesondere der Ventil
teller 39 gleichmäßig abnutzt, wird häufig eine gezielte
Drehbewegung des Gaswechselventils 1 im Betrieb angestrebt.
Um sicher zu stellen, daß dabei die verstellbaren Federauflage
12, 13, 14, 15 ihre eingestellte Position beibehalten, wird
vorgeschlagen, diese mit Sicherungselementen 27, 28, 32, 33, 34
an einer ungewünschten Drehbewegung während des Betriebes zu
hindern.
Für die auf dem Ventilschaft 8, 23 angeordneten verstellbaren
Federauflagen 14, 15 eignen sich besonders selbsthemmende
Klemmvorrichtungen 32, 33, 34, die jedoch auch bei den gehäuse
festen unteren Federauflagen 12, 13 eingesetzt werden können
(Fig. 1 bis 4).
Besonders als Klemmvorrichtung 32, 33, 34 geeignet sind mit der
Federauflage 12, 13, 14, 15 fest verbundene Memory-Metalle, die
in Form eines Ringes zwischen der Federauflage 12, 13, 14, 15
und dem Gewinde des angrenzenden Bauteils 2, 8, 21, 26 angeord
net sind und sich ab einer bestimmten Temperatur ausdehnen
(Fig. 3) bzw. zusammenziehen Fig. 1, 2, 4) und dabei die
Federauflage 12, 13, 14, 15 mit dem angrenzenden Bauteil 2, 8,
21, 26 verspannen. Es sind verschiedene Metallegierungen mit
unterschiedlichen Hysteresen möglich. Zu beachten ist jedoch,
daß die Klemmvorrichtung 32, 33, 34 über den gesamten im
Betrieb auftretenden Temperaturbereich geschlossen sein soll
ten, der in kalten Regionen vor der Startphase von
minus 60°C bis über 200°C Betriebstemperatur reichen kann.
Beispielsweise könnte man eine Metallegierung mit einer Hyste
rese einsetzen, die sich nach der Montage bei 50°C zusammen
zieht und anschließend zumindest in dem Bereich von minus 60°C
bis 200°C geschlossen bleibt. Nach der Montage müßte demnach
die Federauflage 12, 13, 14, 15 mit der Metallegierung kurzzei
tig über 50°C erwärmt werden, um die Klemmvorrichtung 32, 33,
34 zu aktivieren. Soll die Gleichgewichtslage eingestellt
werden, muß entweder die Spannkraft der Metallegierung über
dreht oder diese kurzzeitig unter -60°C abgekühlt werden bzw.
unter den Temperaturbereich, indem sich die Klemmvorrichtung
32, 33, 34 wieder ausdehnt und damit löst.
Die unteren Federauflagen 12, 13 können zusätzlich oder aus
schließlich auch durch Sicherungsstifte 28 oder Sicherungs
schrauben 27, vorzugsweise Madenschrauben gesichert werden
(Fig. 3).
Claims (12)
1. Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswech
selventils (1), der in einem Bauteil (2, 21) eingesetzt ist und
sowohl einen Öffnungsmagneten (3) als auch einen Schließmagne
ten (4) besitzt, zwischen denen ein Anker (5) axial zur Venti
lachse (6) verschiebbar angeordnet ist, der über einen An
kerstößel (7) auf einen Ventilschaft (8, 23) wirkt und mit
einer unterhalb des Öffnungsmagneten (3) angeordneten oberen
und unteren vorgespannten Ventilfeder (9, 10), die jeweils
zwischen einer gehäusefesten Federauflage (2, 3, 11, 12, 13)
und einer zur gemeinsamen Bewegung mit dem Ankerstößel (7) bzw.
mit dem Ventilschaft (8, 23) verbundenen Federauflage (14, 15,
16, 17) eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gaswechselventil (1) gemeinsam mit dem Ventilschaft (8, 23) um
seine Längsachse (6) drehbar ist und zumindest eine Federaufla
ge (12, 13, 14, 15) über ein Gewinde (18, 19, 20) mit einem
angrenzenden Bauteil (2, 8, 21, 26) verbunden und durch die
Drehbewegung des Ventilschafts (8, 23) in seiner Position in
Längsrichtung (22) zur Ventilachse (6) verstellbar ist.
2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
zur gemeinsamen Bewegung mit dem Ventilschaft (8) verbundene
Federauflage (14, 15) der unteren Ventilfeder (9) über ein
Gewinde (18) mit dem Ventilschaft (8) verbunden ist.
3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Federauflage (14) über einen einführbaren Stift (24) oder über
eine Schraube (27) in Drehrichtung fixierbar ist.
4. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gaswechselventil (1) über seine im Betrieb bestimmte
Öffnungsstellung hinaus in die vom Aktuator abgewandte Richtung
(25) in einen Einstellbereich verschiebbar ist, in dem die
Federauflagen (15, 16) mit einem Bauteil (11, 12, 13) in
Eingriff kommen.
5. Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
gehäusefeste Federauflage (11, 12, 13) der unteren Ventilfeder
(9) eine in Richtung des Aktuators weisende Erstreckung (29,
30, 44) aufweist, in die die Federauflage (15, 16) im Einstell
bereich eingreift.
6. Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Federauflage (16) auf dem Ventilschaft (23) fest angeordnet und
die untere gehäusefeste Federauflage (12, 13) der unteren
Ventilfeder (9) über ein Gewinde (19, 20) mit einem angrenzen
den Bauteil (21, 26) verbunden ist.
7. Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
gehäusefeste Federauflage (12) über ein Außengewinde (19) mit
dem Bauteil (21) verbunden ist.
8. Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
gehäusefeste Federauflage (13) über ein Innengewinde (20) mit
einem angrenzenden Bauteil (26) verbunden ist.
9. Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Federauflage (13) mit einer Schaftführung (26) verbunden ist.
10. Aktuator nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die gehäusefeste Federauflage (12, 13) in Dreh
richtung über eine Schraube (27) oder über einen Stift (28)
fixierbar ist.
11. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die verstellbare Federauflage (12, 13, 14,
15) eine selbsthemmende Klemmvorrichtung (32, 33, 34) aufweist.
12. Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
selbsthemmende Klemmvorrichtung (32, 33, 34) von einem Memory-
Metall gebildet ist.
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FR2799232A1 (fr) * | 1999-09-30 | 2001-04-06 | Renault | Dispositif de commande d'une soupape equipe d'un systeme de reglage de la tare des ressorts |
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1997
- 1997-10-24 DE DE19747009A patent/DE19747009C2/de not_active Expired - Fee Related
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