DE19922425C1 - Elektromechanischer Stellantrieb und seine Montage z.B. als Gaswechselventil in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ein elektromechanischer Stellantrieb hat mindestens einen Elektromagneten, einen Anker und Rückstellmittel. Ein Stecker ist vorgesehen mit mindestens einem Kontaktelement, das elektrisch leitend mit der Spule (13) des Elektromagneten verbunden ist, und das so angeordnet ist, daß es zumindest während der Montage des Stellantriebs auf einen Träger mittels eines Montagekontaktierelements (59) elektrisch kontaktierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Stellan­ trieb, insbesondere für ein Gaswechselventil einer Brenn­ kraftmaschine, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu einer Montage auf einem Träger.

Ein bekannter elektromechanischer Stellantrieb (DE 196 47 305 C1) hat zwei Elektromagnete, die jeweils eine Spule haben, und einen Anker, der einen Schaft aufweist und der mit einer Feder mechanisch gekoppelt ist. Der Anker ist zwischen einer ersten Anlagefläche an dem ersten Elektroma­ gneten und einer weiteren Anlagefläche an dem zweiten Elek­ tromagneten beweglich. Der Stellantrieb ist in einem Zylin­ derkopf einer Brennkraftmaschine angeordnet. Der Schaft des Ankers ist in unbestromten Zustand der Spulen der Elektroma­ gnete kraftschlüssig mit einem Schaft eines Gaswechselventils gekoppelt. Der Schaft des Gaswechselventils ist mit einer zweiten Feder gekoppelt, die gegensinnig zu der ersten Feder wirkt, wodurch der Kraftschluß zwischen dem Schaft des Gas­ wechselventils und dem Schaft des Ankers hergestellt wird. Bei der Montage des Stellantriebs in dem Zylinderkopf muß der Schaft der Ankerplatte genau fluchtend mit dem Schaft des Gaswechselventils positioniert werden. Ferner müssen die er­ ste und die zweite Feder bei der Montage zusammengedrückt werden, um den Stellantrieb in die Montageposition zu brin­ gen. Falls die dazu notwendige Kraft nicht exakt aufgebracht wird, unterliegen Schraubbolzen, die üblicherweise zur Fixie­ rung des Stellantriebs in dem Zylinderkopf eingesetzt werden, und ein zugehöriger Gewindegang hohen Zugspannungen und kön­ nen dabei beschädigt werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, den bekannten Stellantrieb so weiterzuentwickeln, daß er einfach und zuverlässig auf ei­ nen Träger montierbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein zugehöriges Verfahren anzugeben, das eine zuverlässige und ein­ fache Montage des Stellantriebs auf dem Träger gewährleistet.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4.

Stecker als Spulenanschlüsse sind an sich lange, z. B. aus JP 60-24 9302 A, - in: Patents Abstracts of Japan, Sect. E. Vol. 10 (1986) No 113(E-399) bekannt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Nach dem Prinzip der Erfindung ermöglicht also die Ausbildung des Stromanschlusses als Stecker eine zuverlässige Montage etwa eines Gaswechselventiles auf einem Zylinder­ kopf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati­ schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung des erfindungsgemäßen Stellantriebs in einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Stellantriebs gemäß Fig. 2,

Fig. 3 einen weiteren vergrößerten Ausschnitt des Stellan­ triebs gemäß Fig. 1.

Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenüber­ greifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine Brennkraftmaschine (Fig. 1) umfaßt einen Stellantrieb 1, der auf ein Gaswechselventil 2 einwirkt und der in einem Zylinderkopf 31 der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das Gaswechselventil 2 ist entweder als Auslaßventil oder als Einlaßventil ausgebildet. Das Gaswechselventil 2 hat einen Ventilschaft 21 und einen Teller 22. Der Stellantrieb 1 hat ein Gehäuse 11, in dem ein erster und ein zweiter Elektroma­ gnet angeordnet sind. Der erste Elektromagnet hat einen ersten Kern 12, der mit einer ersten Spule 13 versehen ist. Der zweite Elektromagnet hat einen zweiten Kern 14, der mit einer zweiten Spule 15 versehen ist. Ein Anker ist vorgesehen, wobei die Ankerplatte im Gehäuse 11 beweglich zwischen einer ersten An­ lagefläche 15a des ersten Elektromagneten und einer zweiten Anlagefläche 15b des zweiten Elektromagneten angeordnet ist. Die Ankerplatte 16 ist somit beweglich zwischen einer Schließposition s_maxS und einer Offenposition s_maxO. Der Anker umfaßt desweiteren einen Schaft 17, der durch Ausnehmungen des ersten und des zweiten Kerns 12, 14 geführt ist und der mit dem Ventilschaft 21 des Gaswechselventils 2 mechanisch koppelbar ist. Ein erstes Rückstellmittel 18a und ein zwei­ tes Rückstellmittel 18b, die vorzugsweise als Federn ausge­ bildet sind, spannen die Ankerplatte 16 in die vorgegebene Ruheposition s₀ vor. Die Rückstellmittel 18a, 18b sind ein­ seitig an dem Gehäuse 11 des Stellantriebs hin zu dem Gas­ wechselventil 2 in einer Ausnehmung des Zylinderkopfs 31 an­ geordnet. Die Rückstellmittel 18a, 18b werden im folgenden als Federn bezeichnet. Die erste Feder 18a stützt sich einer­ seits auf einen Federteller ab, der seinerseits an dem Gehäu­ se 11 anliegt, und andererseits an einem weiteren Federtel­ ler, der formschlüssig mit dem Ankerschaft 17 verbunden ist. Die zweite Feder 18b stützt sich einerseits auf einem Feder­ teller ab, der sich auf dem Zylinderkopf 31 abstützt, und an­ derseits auf einem weiterem Federteller, der formschlüssig mit dem Ventilschaft 21 des Gaswechselventils verbunden ist. Der Ankerschaft 17 und der Ventilschaft 21 sind fluchtend, das heißt koaxial zueinander positioniert. Die Federn sind vorzugsweise so ausgebildet, daß die zweite Feder 18b nahezu entspannt ist, wenn die Ankerplatte 16 in Anlage mit der er­ sten Anlagefläche 15a ist, und die erste Feder 18a weitgehend entspannt ist, wenn die Ankerplatte in Anlage mit der zweite Anlagefläche 15b ist. Der Abstand zwischen der ersten und zweiten Anlagefläche, also zwischen der Schließposition s_maxS und der Offenposition s_maxO, beträgt beispielsweise acht Mil­ limeter.

Dem Stellantrieb ist ferner ein Stecker 51 zugeordnet, in dem Kontaktelemente 53 angeordnet sind, die elektrisch leitend mit den Spulen 13, 15 verbunden sind. Ferner ist an dem Zy­ linderkopf 31 eine Steckeraufnahme 52 angeordnet. Der Stecker 51 und die Steckeraufnahme 52 werden weiter unten noch einge­ hend anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben.

Der Stellantrieb 1 ist mit dem Zylinderkopf 31 der Brenn­ kraftmaschine starr verbunden. Er ist dazu vorzugsweise mit­ tels Bolzen in einem Gewinde des Zylinderkopfs fixiert. Ein Ansaugkanal 32 und ein Zylinder 33 mit einem Kolben 34 sind in der Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Kolben 34 ist über eine Pleuelstange mit einem Kurbelwelle 36 gekoppelt.

Eine Steuereinrichtung 4 ist vorgesehen, die die Signale von Sensoren erfaßt, die beispielsweise ausgebildet sind als ein Positionssensor 19 und/oder ein Drehzahlsensor 37 und/oder ein Lasterfassungssensor. Die Steuereinrichtung 4 steuert ab­ hängig von dem Signal der Sensoren die erste und zweite Spule 13, 15 des Stellantriebs an.

Der Stecker 51 (Fig. 2) weist hin zu den Zylinderkopf 31 ei­ ne Öffnung auf, in der die Steckeraufnahme 52 aufgenommen ist. Die Kontaktelemente 53 sind entweder als Kontaktstift oder auch als Stanzgitter (Leadframe) ausgebildet. In und an der Steckeraufnahme 52 sind federnd ausgebildete Kontaktele­ mente angeordnet, die ebenso beispielsweise als Kontaktstifte ausgebildet sein können und die so angeordnet sind, daß sie die jeweiligen Kontaktelemente 53 des Steckers 51 im einge­ bauten Zustand des Stellantriebs der Brennkraftmaschine kon­ taktieren.

Um eine gute Wärmeabführung von dem Stellantrieb 1 zu gewähr­ leisten, ist dieser vorzugsweise von einem Kühlmittel umge­ ben. Das Kühlmittel ist vorzugsweise als Motoröl ausgebildet. Der Stecker 51 und die Steckeraufnahme 52 sind daher so aus­ gebildet, daß bei in den Stecker 51 eingeführter Steckerauf­ nahme 52 der Bereich, in dem die Kontaktelemente 53 die fe­ dernd ausgebildeten Kontaktelemente 55 kontaktieren dichtend gegenüber dem Kühlmittel abgeschlossen sind. Dazu sind gege­ benenfalls entsprechende Dichtungen an dem Stecker 51 oder der Steckeraufnahme 52 vorgesehen. Damit ist gewährleistet, daß es zwischen den Kontaktelementen zu keinen Kurzschlüssen mit benachbarten Kontaktelementen kommen kann.

In dem Stecker 51 ist eine Ausnehmung 57 vorgesehen, durch die ein als Service-Kontakt 58 ausgebildeter Teilbereich des Kontaktelements 53 hindurchgeführt ist. Die Ausnehmung 57 und der Service-Kontakt 58 sind dabei so ausgebildet, daß zumin­ dest während der Montage des Stellantriebs auf den Zylinder­ kopf 31 der Service-Kontakt 58 mittels eines Montagekontak­ tierelements 59 elektrisch kontaktierbar ist. Der Stellan­ trieb 1 wird von oben (siehe Fig. 1) auf den Zylinderkopf 31 montiert. Daher ist der Service-Kontakt 58 so angeordnet, daß er von der dem Zylinderkopf abgewandten Seite des Steckers 51 zugänglich ist.

Zur Montage des Stellantriebes 1 auf dem Zylinderkopf 31 wird zuerst das Montagekontaktelement 59 mit dem Kontaktelement 53 kontaktiert. Das Montagekontaktelement 59 ist mit einer ex­ ternen Stromversorgung verbunden. Nach erfolgter Kontaktie­ rung wird dann die erste Spule 13 bestromt. Um den Stromkreis der Spule zu schließen, ist vorzugsweise ein zweites Kontakte­ lement mit einem Service-Kontakt verbunden und wird ebenfalls mit einem Montagekontaktelement kontaktiert, falls der Stel­ lantrieb nicht bereits bauseits mit einem Masseanschluß ver­ bunden ist. Der Strom durch die erste Spule wird so vorgege­ ben, daß die im ersten Elektromagneten erzeugte Magnetkraft ausreicht, um die Ankerplatte in Anlage mit den ersten Anla­ gefläche zu bringen und dort zu halten.

Anschließend wird dann der Stellantrieb im Zylinderkopf so positioniert, daß der Schaft 17 und der Ventilschaft 21 fluchten und mittels Bolzen fixiert, die in ein in dem Zylin­ derkopf 31 ausgebildetes Gewinde eingeschraubt werden. Dabei bleibt das Kontaktierelement 59 in ständigem Kontakt mit dem Service-Kontakt, so daß die Ankerplatte 16 durch die Kraft, die durch den ersten Elektromagneten erzeugt wird, in Anlage mit den ersten Anlagefläche 15a gehalten wird. Dadurch ist mit einfachen Mitteln gewährleistet, daß der Stellantrieb ex­ akt positioniert werden kann und die Bolzen in die Gewinde im Zylinderkopf 31 eingeschraubt werden können ohne daß die Bol­ zen hohen Zugkräften ausgesetzt sind. Der Service-Kontakt 58 ist vorzugsweise öldicht durch die Ausnehmung 57 des Steckers 51 geführt. Somit ist gewährleistet, daß verhindert wird, daß während des Betriebes der Brennkraftmaschine Öl durch die Ausnehmung hindurch treten kann, was gegebenenfalls zu Kurz­ schlüssen zwischen benachbarten Kontaktelementen führen könn­ te.

Der Stellantrieb zeichnet sich dadurch aus, daß er einfach und präzise in dem Zylinderkopf 31 montierbar ist. Der ohne­ hin vorhandene Elektromagnet in dem Stellantrieb wird dabei genutzt, um die nötige Kraft aufzubringen, um die Ankerplatte in Anlage mit der ersten Anlagefläche 15a zu bringen und so­ mit das freie Ende des Schaftes 17 an der Seite, an der die Feder 18a angeordnet ist soweit zurückzuziehen, daß der Stel­ lantrieb in seine Montageposition auf dem Zylinderkopf 31 ge­ bracht werden kann ohne daß es notwendig ist, die Feder 18b zusammenzupressen.

Die Federn 18a, 18b sind vorzugsweise konisch ausgebildet. Vorzugsweise verjüngen sie sich hin zu den Federtellern 18c, 18d, die jeweils formschlüssig mit dem Ankerschaft 17 bzw. mit dem Schaft 21 des Gaswechselventils verbunden sind. Die konische Ausbildung der Federn 18a, 18b hat den Vorteil, daß sie im Vergleich zu zylinderförmigen Federn, d. h. mit gleich­ mäßigen Windungsdurchmesser, eine geringere Masse aufweisen. Ferner können durch den Einsatz der konischen Federn auch die Federteller 18c, 18d kleiner ausgebildet werden. Durch diese Maßnahmen reduzieren sich insgesamt die bewegten Massen des Stellantriebs, so daß der Stellantrieb mit einem höheren Wir­ kungsgrad betrieben werden kann. Das konische Ausbilden der Feder stellt unabhängig von dem Vorhandensein des Montagekon­ taktierelements eine eigenständige Erfindung dar.

Claims (4)

1. Elektromechanischer Stellantrieb, insbesondere für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Elektromagneten, der eine Spule hat, und einem Anker, der einen Schaft (17) aufweist und der mit mindestens einem Rückstellmittel mechanisch gekoppelt ist und der zwischen einer ersten Anlagefläche (15a) an dem Elektromagneten und einer weiteren Anlagefläche (15b) beweglich ist, da­ durch gekennzeichnet, daß er einen Stecker (51) aufweist mit mindestens einem Kontaktelement, das elektrisch lei­ tend mit der Spule (13) des Elektromagneten verbunden ist und das so angeordnet ist, daß es zumindest während der Montage des Stellantriebs auf einen Träger mittels eines Montagekontaktierelements (59) elektrisch kontaktierbar ist.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement einen als Servicekontakt ausgebildeten Bereich hat, der durch eine Ausnehmung des Steckers ge­ führt ist und der zumindest während der Montage des Stel­ lantriebs auf den Träger mittels eines Montagekontak­ tierelements (59) elektrisch kontaktierbar ist.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servicekontakt öldicht durch die Ausnehmung des Ge­ häuses des Steckers geführt ist.

4. Verfahren zur Montage eines Stellantriebs nach einem der vorstehenden Ansprüche auf einem Träger, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der angegebenen Reihenfolge

• - das Kontaktelement mit dem Montagekontaktierelement kontaktiert wird,
• - die Spule des Elektromagneten derart bestromt wird, daß die Ankerplatte in Anlage mit der ersten Anlagefläche kommt,
• - der Stellantrieb auf dem Träger fixiert wird, und
• - die Kontaktierung zwischen dem Kontaktelement und dem Montageelement wieder aufgehoben wird.