DE19958101A1 - Elektromagnetischer Aktuator mit geteiltem Gehäuse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Elektromagneten (1, 2), die durch jeweils einen mit einer Spule (17) versehenen, eine Polfläche (4) aufweisenden Jochkörper (16) gebildet werden und zwischen denen ein mit dem Gaswechselventil in Verbindung stehender Anker (5) in Führungen (7) hin- und herbewegbar ist, und mit einem geteilten Gehäuse (3), das beide Jochkörper (16) wenigstens teilweise umschließt und im Abstand zueinander über Spannschrauben (15) fixiert und das wenigstens eine gecrackte Teilungsfläche (21) aufweist.

Description

Ein elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gas­ wechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine besteht im wesentlichen aus zwei im Abstand zueinander angeordneten Elektromagneten, die durch jeweils einen mit einer Spule ver­ sehenen, eine Polfläche aufweisenden Jochkörper gebildet wer­ den. Zwischen den beiden Polflächen der Elektromagneten ist ein mit dem Gaswechselventil in Verbindung stehender Anker hin und her bewegbar gelagert. Die beiden Elektromagneten sind in einem Gehäuse fixiert, das in der Regel in drei Ge­ häuseteile abgeteilt ist, nämlich je ein Gehäuseteil, das ei­ nen Jochkörper mit Spule zumindest teilweise umschließt sowie einen zwischen den beiden, die Jochkörper umschließenden Ge­ häuseteilen angeordneten Distanzrahmen, der so bemessen ist, daß er dem gewünschten Ankerhub entspricht. Die drei Gehäuse­ teile müssen in ihren Berührungsflächen, insbesondere die Di­ stanzrahmen müssen in ihrer Dicke, sehr genau toleriert sein und werden über Paßbohrungen und in die Paßbohrungen einge­ setzte Paßrohre durch Schrauben zueinander fixiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagne­ tischen Aktuator der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der mit hoher Präzision vereinfacht herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elek­ tromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselven­ tils an einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Elektromagneten, die durch jeweils einen mit einer Spule versehenen, eine Polfläche aufweisenden Jochkörper gebildet werden und zwischen denen ein mit dem Gaswechselventil in Verbindung stehender Anker in Führungen hin und her bewegbar gelagert ist, und mit einem geteilten Gehäuse, das beide Jochkörper wenigstens teilweise umschließt und im Abstand zueinander über Spannschrauben fixiert und das wenigstens eine gecrackte Teilungsfläche aufweist. Dadurch, daß die Teilungsfläche durch Cracken hergestellt ist, ergibt sich eine Möglichkeit zur exakten Positionierung der mitein­ ander zu verbindenden Gehäuseteile, ohne daß zusätzliche Paßteile benötigt werden. Durch den Crackvorgang entsteht an beiden Gehäuseteilen jeweils eine Teilungsfläche mit einer exakt einander zugeordneten Profilierung, so daß bei einem Aufeinandersetzen der beiden Gehäuseteile nach der Montage der Elektromagneten und des Ankers mit seinen Führungen beide Gehäuseteile in ihrer ursprünglichen ein-eindeutigen Zuord­ nung wieder zusammengefügt und über die Spannschrauben fest miteinander verbunden werden können. Überraschend wurde fest­ gestellt, daß auch ein so komplexes Bauteil wie ein Aktuator­ gehäuse aus Aluminium durch Cracken eines Gehäusegrundkörpers so geteilt werden kann, daß ein paßgenaues Zusammenfügen ohne Nachbearbeitung möglich ist. Da üblicherweise das Gehäuse aus einem nicht-magnetischen Werkstoff, vorzugsweise aus Alumini­ um hergestellt ist, das aufgrund seiner duktilen Werkstoffei­ genschaften an sich nicht zum Cracken geeignet ist. Das Crak­ ken von Bauteilen zur Erzeugung von Teilungsflächen ist grundsätzlich bekannt, so beispielsweise das Cracken von ge­ härteten oder auch sintergeschmiedeten Pleueln. Auch Bauteile aus Grauguß lassen sich cracken. Hierzu wird der für das Cracken der Teilungsfläche vorgesehene Gehäusebereich durch Härtung oder auch durch Unterkühlen versprödet, so daß beim Aufbringen entsprechend der Kräfte der Gehäusegrundkörper in dem für die Teilungsfläche vorgesehenen Bereich einwandfrei und praktisch ohne bleibende Verformungen gecrackt werden kann.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gehäusewandung jeweils an der Teilungsfläche mit we­ nigstens einer Anrißkerbe versehen ist. Durch die Anordnung von Anrißkerben ist es möglich, ein gezieltes Cracken an vor­ gesehenen Stellen zu bewirken. Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung besonders vorteilhaft, daß der Krafteinwirkung beim Cracken unterworfene abgewinkelte Gehäusebereiche außer­ halb der Teilungsfläche abgerundet ausgebildet sind. Hier­ durch wird vermieden, daß durch Kerbspannungen im Winkelbe­ reich durch den Einfluß der Krafteinwirkung an nicht vorher­ gesehenen Stellen das Gehäuse gecrackt wird.

Zweckmäßig ist es, wenn die Teilungsfläche parallel zu den Polflächen der Jochkörper ausgerichtet ist. Hierdurch wird eine einwandfreie Kraftwirkung der Spannschrauben erzielt und ein seitlicher Versatz der miteinander zu verbindenden Gehäu­ seteile unter der Einwirkung der Spannschrauben vermieden.

Die Teilungsfläche kann in einer Ausgestaltung der Erfindung in der Ebene der Polfläche eines Jochkörpers verlaufen oder aber in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung versetzt verlaufen und zwar so, daß sie an einer Gehäuseseite in der Ebene der einen Polfläche und an der anderen Gehäuseseite in der Ebene der anderen Polfläche verläuft.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Aus­ führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Vertikalschnitt einen elektromagne­ tischen Aktuator zur Betätigung eines Gas­ wechselventils,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungs­ form eines gecrackten Gehäusegrundkörpers mit Teilungsfläche in einer Ebene,

Fig. 3 eine Ausführungsform eines gecrackten Gehäuse­ grundkörpers mit versetzter Teilungsfläche,

Fig. 4q eine Ausführungsform mit zwei parallelen Teilungs­ fugen.

Der in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Aktuator wird im wesentlichen gebildet durch zwei Elektromagneten 1 und 2, die von zwei Gehäuseteilen 3.1 und 3.2 umschlossen sind, die ihrerseits über ein als Distanzteil ausgebildetes Gehäuseteil 3.3 im Abstand zueinander angeordnet und mit ihren Polflächen 4 gegeneinander ausgerichtet sind. In dem vom Distanzteil 3.3 umschlossenen Bewegungsraum zwischen den beiden Polflächen 4 ist ein Anker 5 angeordnet, der über einen Führungsbolzen 6.1 in einer Führung 7 hin- und her bewegbar geführt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Anker 5 eine rechteckige Grundform auf.

Der Anker 5 steht über einen Führungsbolzen 6.2 mit einer Rückstellfeder 8 in Verbindung. Das andere, untere freie En­ de 9 des Führungsbolzens 6.1 stützt sich hierbei auf einem Stellglied, beispielsweise dem freien Ende des Schaftes 11 eines Gaswechelventils ab, das in dem hier nur angedeuteten, gekühlten Zylinderkopf 12 einer Kolbenbrennkraftmaschine ge­ führt ist. Durch eine Rückstellfeder 13 wird das Gaswechsel­ ventil in Schließrichtung beaufschlagt, wobei die Rückstell­ feder 13 und die Rückstellfeder 8 in ihrer Kraftrichtung ge­ geneinander gerichtet sind, so daß bei stromlos gesetzten Elektromagneten der Anker 5 entsprechend seine Ruheposition zwischen den beiden Polflächen 4 der beiden Elektromagneten 1 und 2 einnimmt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Ge­ häuseteile 3.1, 3.2 und 3.3 sind über Verbindungsmittel, bei­ spielweise die angedeuteten Spannschrauben 15, fest miteinan­ der zu einem Gehäuse 3 und über eine Aufstandfläche 18 mit dem Zylinderkopf 12 verbunden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weisen die beiden Elektromagneten 1 und 2 jeweils einen quaderförmigen Jochkörper 16 auf, der aus einer Vielzahl von Einzelblechen zusammengesetzt ist, die fest miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Laser­ schweißung. Der Jochkörper 16 ist hierbei mit zwei parallelen nutenförmigen Ausnehmungen 19 versehen, in die eine als Rechteckring geformte Spule 17 mit zwei parallelen Schenkeln eingelegt ist. Die Einzelbleche des Jochkörpers 16 verlaufen senkrecht zur Zeichnungsebene.

Die Jochkörper 16 beider Elektromagneten sind von den Gehäu­ seteilen 31 und 3.2 aus nicht-magnetischem Metall, beispiels­ weise Aluminium umschlossen und zwar, wie aus Fig. 1 ersicht­ lich, in der Weise, daß bei der quaderförmigen Grundform des Jochkörpers 16 jeweils die Stirnseiten, die von der Spule 17 umfaßt sind, einschließlich der Spule 17 vollständig einge­ bettet sind, mit ihren beiden Längsseiten jedoch seitlich herausragen.

In Fig. 2 ist ein Gehäusegrundkörper 3 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt, wobei die Position der beiden Jochkörper 16 mit ihren Polflächen 4 nur angedeutet ist. Fig. 2 läßt erkennen, daß der Gehäusegrundkörper 3 in der Seiten­ ansicht rahmenförmig ausgebildet ist, so daß die beiden Joch­ körper 16, wie vorstehend beschrieben, nach dem Einsetzen zur Längsseite freiliegen. Der Gehäusegrundkörper 3 wird zunächst als Rohkörper gegossen, beispielsweise aus Aluminium, im Prä­ zisionsdruckgußverfahren, so daß die Aufstandsfläche 18 und die entsprechenden, den Hub mit bestimmenden Anlageflächen 20 im Gehäuseinnern für die Jochkörper 16 nicht nachbearbeitet werden müssen. Lediglich die notwendigen Durchgangsbohrungen für die Spannschrauben 15 werden nach dem Gießen gebohrt. Beim Gießen oder in einem nachgeschalteten Arbeitsgang werden auf der Innenseite oder auch der Außenseite Anrißkerben 21 eingebracht, die bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 in der Ebene der Polfläche 4 des untenliegenden Jochkörpers 16 ver­ laufen. Wird nun mit einer entsprechenden Vorrichtung, die in die Rahmenöffnung eingreift, eine in Richtung der beiden Pfeile 22 wirkende Kraft auf den Gehäusegrundkörper 3 ausge­ übt, dann wird dieser entlang der Anrißkerbe 21 gecrackt, wo­ bei die an den beiden Gehäuseteilen 3.1 und 3.2 entstehenden Teilungsflächen 23 strukturiert sind und hierbei eine kongru­ ente Kontur aufweisen, so daß die beiden Gehäuseteile 3.1 und 3.2 wieder paßgenau zusammengefügt werden können.

Da es sich bei Aluminium um einen duktilen Werkstoff handelt, muß der Bereich der Teilungsfläche 23 vor dem Aufbringen der Kraftwirkung durch Härten oder auch Kühlen versprödet werden. Wird dieser Bereich gehärtet, muß durch nachfolgende Wärmebe­ handlung das Werkstück wieder weichgeglüht werden.

Nach dem Einsetzen der mit den Spulen 17 versehenen Jochkör­ per 16 sowie dem Einsetzen des Ankers 5 mit seinem Führungs­ bolzen 6.2 können die beiden Gehäuseteile 3.1 und 3.2 zu ei­ ner paßgenauen Baueinheit wieder zusammengefügt und miteinan­ der verspannt werden. Über weitere Spann- und/oder Befesti­ gungsschrauben kann dann die Baueinheit mit dem Zylinderkopf 12 fest verbunden werden.

Das anhand von Fig. 1 beschriebene Distanzteil 3.3 umschließt bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel den Bewegungs­ raum für den Anker 5 nicht vollständig, sondern überdeckt nur mit den beiden Schenkeln 3.4 die Schmalseiten des Bewegungs­ rauams für den Anker 5.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Anrißkerben 21 so angeordnet sind, daß die eine Anrißkerbe der Polfläche 4 des unteren Jochkörpers 16 zugeordnet ist und die andere Anrißkerbe der Polfläche 4 des oberen Jochkörpers zugeordnet ist und zwar in einer versetzten Anordnung, so daß auch entsprechend versetzte Teilungsflächen 23 ergeben. Bei der Ausführungsform gem. Fig. 3 sind die Anrißkerben 21 auf der Außenfläche des Gehäusegrundkörpers umlaufend angeordnet, um so einen definierten Abriß zu erhalten. Diese Anordnung kann auch bei der Ausführungsform gem. Fig. 2 eingesetzt wer­ den.

Um ein ungewolltes Abreißen in anderen Bereichen zu vermei­ den, sind der Kraftwirkung der Teilungskraft (Pfeil 22) un­ terworfene abgewinkelte Übergänge, wie beispielsweise die Übergangsbereiche 24 im Bereich der Auflagefläche 20 für die Jochkörper 16 gut abgerundet ausgebildet, so daß hier ein un­ gewollter Anriß infolge Kerbwirkung unterbunden ist.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 4 ist anstelle einer Anriß­ kerbe im Bewegungsbereich des Ankers ein Versatz vorgesehen. Hierbei ist im Bereich der Polfläche 4 des obenliegenden Jochkörpers 16 ein scharfkantiger Querschnittsübergang 25 vorgesehen, während im Bereich der Polfläche des untenliegen­ den Jochkörpers 16 ein abgerundeter Übergang 26 vorgesehen ist. Bei Aufbringung der Trennkraft (Pfeil 22) wird die Kerb­ wirkung des scharfkantigen Querschnittsübergangs 25 wirksam, so daß die Teilung des Gehäusegrundkörpers in diesem Bereich erfolgt. Durch die Anordnung einer Anrißkerbe auf der Außen­ seite kann der nahezu horizontale Verlauf der beim Cracken entstehenden Trennfläche sichergestellt werden.

Claims (7)

1. Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswech­ selventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit zwei im Ab­ stand zueinander angeordneten Elektromagneten (1, 2), die durch jeweils einen mit einer Spule (17) versehenen, eine Polfläche (4) aufweisenden Jochkörper (16) gebildet werden und zwischen denen ein mit dem Gaswechselventil in Verbindung stehender Anker (5) in Führungen (7) hin und her bewegbar ge­ lagert ist, und mit einem geteilten Gehäuse (3), das beide Jochkörper (16) wenigstens teilweise umschließt und im Ab­ stand zueinander über Spannschrauben (15) fixiert und das we­ nigstens eine gecrackte Teilungsfläche (21) aufweist.

2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Teilungsfläche parallel zu den Polflächen (4) der Jochkörper (16) ausgerichtet ist.

3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsfläche (21) in der Ebene der Polfläche (4) eines Jochkörpers (16) verläuft.

4. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Teilungsfläche (21) versetzt verläuft und an einer Gehäuseseite in der Ebene der einen Polfläche (4) und der anderen Gehäuseseite in der Ebene der anderen Polfläche (4) verläuft.

5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gehäusewandung jeweils in der zu bildenden Teilungsfläche (21) mit wenigstens einer Anrißkerbe (21) ver­ sehen ist.

6. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Krafteinwirkung beim Cracken unterworfene abgewinkelte Gehäusebereiche (24) außerhalb der Teilungsflä­ che (21) abgerundet ausgebildet sind.

7. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das in seiner Außenkontur im wesentlichen qua­ derförmige Gehäuse (3) zur Fixierung der Enden der beiden Jochkörper (16) mit einer quer zur Ausrichtung der Ankerfüh­ rung (7) ausgerichteten Queröffnung versehen ist.