DE19948209A1 - Elektromagnetische Stelleinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine elektromagnetische Stelleinrichtung beschrieben mit zwei Elektromagneten, einem Anker und zwei entgegengesetzt gerichtete Federkräfte, die auf den Anker einwirken. DOLLAR A Es wird der mechanische Aufbau einer solchen Stelleinrichtung erläutert, wobei zwei Seitenbleche vorgesehen sind, in denen die Joche verspannt sind, und die der Lagerung des Ankers, die Aufnahme der Torsionsfeder und die Lagerung der Aktuatoren aufnehmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Für die elektromagnetischen Ventilsteuerungen sind zwei Grundkonzepte bekannt nämlich der sogenannte Linearmagnet, bei dem die Anker- und die Ventilachse übereinstimmen und das Konzept mit Schwenkanker, bei dem ein drehbarer Anker über ein Betätigungsglied auf das Ventil einwirkt. Die Magnete sind im motorischen Betrieb sehr hohen Temperaturen und Vibrationsbelastungen ausgesetzt. Außerdem müssen zur Erzielung eines guten magnetischen Wirkungsgrades, insbesondere in der Endstellung kleine Luftspalte erzielt werden, damit die Halteleistung gering wird. Dies erfordert eine sehr präzise Einstellung der Magnetjoche auf den Anker. Diese Einstellung sollte sich unter Temperatureinwirkung möglichst nicht ändern, da sonst der Wirkungsgrad des Magneten beeinflußt wird. Darüber hinaus ist es von Bedeu­ tung, daß die den Magneten umgebenden Teile nicht zu Streuflüssen führen, welche wiederum den Wirkungsgrad beeinflussen. Weiterhin ist es wichtig, daß bei Verwen­ dung eines Drehstabes dieser auf den Magneten genau eingestellt werden kann und dessen Drehmoment sicher abgestützt wird.

Bei den bekannten, bisher veröffentlichten konstruktiven Ausführungen werden Sei­ tenplatten aus Aluminium verwendet, welche nachteilig sind bei einem großen Tem­ peraturbereich durch unterschiedliche Wärmausdehnungskoeffizienten und bei Schraubverbindungen zu Relaxation neigen. Außerdem sind für die Schraubfixierun­ gen, Ausspannflächen, Lagerungen große Aufwendungen in der Bearbeitung not­ wendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine einfache, stabile und vibrationsfeste Konstruktion zu schaffen, die vorzugsweise auch nur geringen Wärmeausdehnungs­ unterschieden unterliegt und gemäß einer Weiterbildung außerdem in der Endmon­ tage eine genaue Einstellung von Anker und Drehstab ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche enthalten günstige Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Konstruktion und den Zusammenbau mit einer weiteren Stelleinrichtung

Fig. 2 eine Seitenansicht der gleichen Anordnung bei weg­ gelassenem Seitenblech

Fig. 3 ein Detail der Fig. 3

Fig. 4a und 4b eine Montagevorrichtung für einen Aktuator.

Die Fig. 1 zeigt einen auf dem Zylinderkopf 1 befestigten Träger 2, der seinerseits mit zwei elektromagnetischen Stelleinrichtungen 3 und 4 verbunden ist. Die Einzelheiten der Konstruktion gibt übersichtlicher die Fig. 2 wieder. Dort ist der Träger 2 erkenn­ bar. Jede der Stelleinrichtungen 3 und 4 enthält zwei zweipolige Elektromagnete mit Jochen 5 und einer Wicklung 6, die auch aus mehreren Spulen bestehen kann und einen Anker 7. Dieser ist um eine Schwenkachse 8 schwenkbar gelagert und mit ei­ nem im Innern eines mit dem Anker 7 verbundenen Ankerrohrs 9 verlaufenden und mit dem Anker 7 verbundenen Drehstab 10 verbunden. Der Drehstab 10 und eine Ventilfeder 11 bilden die auf den Anker wirkenden entgegengesetzt gerichteten Fe­ derkräfte. Der Anker wird im Zusammenwirken der Federkräfte und der Magnete hin- und her bewegt und wirkt dabei mit einem Teil 12 auf den Schaft 13 eines Ventils ein.

Den Stellantrieb links muß man sich nach hinten versetzt denken. Er betätigt einen gegenüber dem Ventilschaft 13 nach hinten versetzten Ventilschaft. Die Ventilan­ kopplung kann auf verschiedene Weise gelöst sein, so z. B. wie in der PCT/EP/98/01719 und in der DE 199 24 973.3 beschrieben.

Wie man der Fig. 1 entnehmen kann, ist der Träger 2 mittels eines an ihm befestigten Trägerquerteils 15 mit den Stellgliedern 3 und 4 über eine Lagerung 16 verbunden. Diese Lagerung 16 kann das Stellglied 3, bzw. 4 mittels eines hydraulischen Stell­ glieds 17 um die Achse der Schraube 16 verschwenkt werden. Ein solches Stellglied ist Gegenstand der älteren Anmeldung 199 28 006.1. Aus Fig. 1 erkennt man auch, daß das vordere Seitenblech 18 am Rand etwa senkrecht zum Seitenblech 18 zur Versteifung umgebogen ist (Randzone 18a) Zwischen den Seitenblechen 18 sind die Magnetjoche 5 durch Schrauben 19 verspannt. Die Seitenbleche 18 nehmen auch die Lagerung 21 des Ankers 7 auf, wobei gezeigt ist, daß hier Ankerlamellen 20 das Ankerrohr 9 umgreifen. In die Seitenbleche sind zusätzlich zur weiteren Versteifung Verstärkungssicken 18b eingeprägt. Diese Seitenbleche können auch auf der dem Träger zugewandten Seite nach außen und auf der Seite der Lagerung nach innen umgebogen werden. Dies hat Vorteile beim Tiefziehen der Lagerung des Ankerroh­ res. Diese Variante ist in Fig. 3 gezeigt.

Fig. 3 zeigt im Detail das Ankerrohr 9 mit seiner Wälzlagerung 21 im Seitenblech 18. Auch der Drehstab 10 wird über die Drehstabaufnahme 22 mit dem Seitenblech 18 durch Verschweißung verbunden. Fig. 3 zeigt auch, daß das Seitenblech 18 unten eine Lagerbuchse 23 enthält, in der ein Lagerzapfen 24 eingesteckt ist, der zusam­ men mit dem entgegengesetzt angeordneten Lagerzapfen die Schwenkung des Stellglieds 3 zuläßt. Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 27 um 90° ge­ dreht.

Insbesondere in der Fig. 1 ist eine weitgehend das Stellglied 3 umgebenden, wär­ meleitende Schale 25 gezeigt, die im Bereich des Ankerrohrs aufgeschnitten darge­ stellt ist. Sie weist auf der Innenseite eine wärmeleitende Folie 25 auf, die den wär­ meleitenden Übergang zwischen dem Stellglied 3, insbesondere dessen Jochen 5 und Wicklungen 6 und der Schale 25 erhöht. Die Schale 25 kann mit einem wärme­ leitenden Band 26 verbunden sein, zur Ableitung der Wärme zu einer Temperatur­ senke, z. B. einem durch Luftstrom, z. B. die Ansaugluft gekühlten Teil des Aktua­ tordeckels. Aus dem Träger 2 ragt oben die Verstellung der Ventilfedern 26 heraus.

Die Ausgestaltung der Kühlung ist Gegenstand einer neuen Patentanmeldung.

Wie eingangs bereits erwähnt geht der sich einstellende Luftspalt stark in die Halte­ leistung ein. Insbesondere bei einem langen (tiefen) Magneten, wie er in Fig. 1 ge­ zeigt ist, muß man darauf achten, daß im Betrieb der Anker parallel zu den ebenfalls langen (tiefen) Jochen angeordnet ist und die Auslenkung ebenfalls parallel zu den Jochen erfolgt. Hierbei spielen die Lagertoleranzen eine wesentliche Rolle.

Dieses Problem kann durch eine Montagevorrichtung gelöst werden, wenn folgender Montageablauf beachtet wird, der unter zu Hilfenahme der Fig. 4a und Fig. 4b erläu­ tert wird:

• 1. Die Achsparallelität zwischen Joch 30 und Anker 31, das heißt ΔS₁ = ΔS₂ wird durch Verschieben der Seitenplatten 32 erreicht, wozu die Befesti­ gungsschrauben 33 der Joche 33 leicht angezogen werden.
• 2. Es erfolgt die Auslenkung des Ankers 31 bis zum Vorrichtungsanschlag 34 = 1/2 Ventilhub.
  Es erfolgt dann eine Lagerbelastung über einen Hebel 35 in Richtung der Joche 30.
  Es folgt ein Andrücken des Joches 30 auf den fixierten Anker 31, gege­ benenfalls unter Bestromung des Magneten 30.
  Danach werden die Schrauben von Magnet 30 fest angezogen.
  Anschließend wird dasselbe Verfahren beim unteren Magneten ange­ wandt.

Hierdurch wird der Einfluß des Lagerspiels auf die Magnetkraft eliminiert.

Claims (12)

1. Elektromagnetische Stelleinrichtung für den Antrieb eines Ventils (Ventilschaft 13) eines Verbrennungsmotors mit zwei Elektromagneten (5, 6), einen um ei­ ne Schwenkachse (8) schwenkbaren Anker (7) und zwei entgegengesetzt ge­ richtete, auf den Anker einwirkende Federkräfte (10, 11), von denen wenig­ stens eine wenigstens teilweise durch eine Torsionsfeder, insbesondere einen Drehstab (10) aufgebracht wird, wobei der Anker (7) oder ein mit ihm verbun­ denes Teil (12) eine Verstellkraft auf den Schaft (13) des Ventils ausübt, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei Seitenbleche (18) vorgesehen sind, in denen die Joche (5) der Elektromagnete (5, 6) mit hoher Kraft verspannt sind, daß die Lagerung (7a, 21) des Ankers (7), die Aufnahme (22) für die Torsionsfeder (10) und die Lagerung (16) des Aktuators (3, 4) in diesen Seitenblechen (18) untergebracht sind und daß die Seitenbleche (18) am Rand wenigstens teil­ weise abgebogen sind (18a) und vorzugsweise Verstärkungssicken (18b) aufweisen.

2. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Seitenbleche (18) aus nicht magnetischem oder nur schwach magnetischem Material, vorzugsweise aus Stahl sind.

3. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verspannung der Joche durch Schraubverbindungen (19) erfolgt.

4. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Magnetjoche (5) gegenüber dem Anker (7) jus­ tierbar sind.

5. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß sie weitgehend mit einer wärmeleitenden Schale (25) in Berührung steht, und daß die Schale (25) mit einer Temperatursenke wärmeleitend in Verbindung steht (Band 26).

6. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die wärmeleitenden Schale (25) innen eine wärmeleitende Folie (25a) aufweist.

7. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Temperatursenke ein, insbesondere durch ein Kühl­ mittel gekühlter Körper ist.

8. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Körper durch die Ansaugluft des Motoransaugrohrs gekühlt ist.

9. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragung von der Schale (25) zur Senke über einen wärmeleitenden Körper (26)(z. B. ein Band (26) oder Elas­ tomer) erfolgt.

10. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß sie (3) zusammen mit wenigstens einer weiteren Stelleinrichtung (4) mit einem Träger (2) verbunden ist, der seinerseits mit dem Zylinderkopf (1) befestigt ist.

11. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung der Stelleinrichtungen (3, 4) mit dem Träger (2) mittels einer arretierbaren Schwenklagerung (16) erfolgt.

12. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß mittels einer Justiervorrichtung (34, 35) die Stel­ lung des Ankers gegenüber den Magnetjochen justiert wird.