DE19961608A1 - Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung und ein Verfahren zur Einstellung der Position der Ankerplatte, bei dem mindestens eine Distanzscheibe zwischen der Aktorfeder und dem Magnetjoch des Schließermagnetes oder zwischen der Aktorfeder und einem weiteren Aktorbauteil angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung besteht im wesentlichen aus zwei Elektromagneten, dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet, die durch mindestens ein Bauteil aus einem nicht ferromagnetischen Material voneinander getrennt sind. Dieses Bauteil kann beispielsweise durch ein Gehäuseteil gebildet werden. Zwischen den Elektromagneten, dem Öffnermagnet und dem Schließerma­ gnet, befindet sich die aus einem ferromagnetischen Material bestehende Anker­ platte, die durch Bestromen der Erregerspule des Öffnermagneten oder der Erreger­ spule des Schließermagneten in die jeweilige Richtung bewegt wird. Das Magnet­ joch des Öffnermagneten weist eine Durchführung für einen Ventilstößel auf, der die auf die Ankerplatte einwirkenden Kräfte auf mindestens ein Gaswechselventil über­ trägt.

Der Aktor kann beispielsweise so ausgeführt sein, daß die Aktorfeder auf der dem Gaswechselventil entgegengesetzten Seite des Aktors an der Außenseite des Schließermagneten angeordnet ist. Dazu ist in Verlängerung des Ventilstößels ein einen Aktorfederteller aufweisender Federstößel angeordnet, der in einer Durchfüh­ rung im Magnetjoch des Schließermagneten gelagert ist. Die Aktorfeder ist dabei beispielsweise von einer Ausformung des Magnetjochs des Schließermagneten umgeben. Alternativ kann auf das Magnetjoch des Schließermagneten ein die Ak­ torfeder abdeckendes weiteres Aktorbauteil aufgesetzt werden. Das weitere Aktor­ bauteil bildet dabei das Gegenlager für die auf dem Aktorfederteller des Aktorstö­ ßels aufliegende Aktorfeder.

Ein Aktor bildet mit einem Gaswechselventil eine funktionelle Einheit, wobei das Gaswechselventil, entsprechend einem konventionellen Zylinderkopf mit Nocken­ wellen, mittels einer Ventilfeder und einem Ventilfederteller in den Ventilsitz des Zylinderkopfes gezogen wird.

Ist eine funktionelle Einheit aus einem Aktor und einem Gaswechselventil an der Brennkraftmaschine montiert, werden der Ventilschaft des Gaswechselventils, der Ventilstößel und der Federstößel des Aktors gegeneinander gepreßt. In der Ruhela­ ge der funktionellen Einheit muß sich die Ankerplatte in einer durch die Konstruktion bestimmte Position zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet befin­ den, beispielsweise in der Mittellage, wobei die Ventilfeder und die Aktorfeder vor­ gespannt sind. Der Ventilteller des Gaswechselventils befindet sich in diesem Bei­ spiel in der Mittelstellung zwischen dem Ventilsitz des Zylinderkopfes, bei der das Gaswechselventil geschlossen ist, und der Position, in der das Gaswechselventil maximal geöffnet ist.

Durch unvermeidliche Serienschwankungen in den Abmessungen der Bauteile des Aktors ist es notwendig, die von der Konstruktion gewünschten Position der Anker­ platte einstellen zu können.

Eine derartige Vorrichtung zur Einstellung der Position der Ankerplatte ist beispiels­ weise in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung 198 43 075.2 der Anmelde­ rin beschrieben, bei der das am Magnetjoch des Schließermagnetes befestigte weitere Aktorbauteil als Schraubteil ausgebildet ist. Das Schraubteil wird in eine Ausformung des Magnetjochs des Schließermagneten eingesetzt, die als kreisrunde Wandung mit einem Innengewinde ausgebildet ist.

Der wesentliche Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß das als Schraubteil ausgebildete, eine Ausformung des Magnetjochs des Schließermagnetes erfordern­ de weitere Aktorbauteil sehr Aufwendig und in der Herstellung sehr teuer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei dem die Position der Ankerplatte einfach einzustellen ist, und bei dem das Magnetjoch des Schließermagneten und gegebenenfalls das weitere Aktorbauteil kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach zur Einstellung der Position der Ankerplatte mindestens eine Distanzscheibe zwischen der Aktorfeder und dem Magnetjoch des Schließermagnetes bzw. zwischen der Aktorfeder und dem weiteren Aktorbauteil angeordnet ist.

Dabei ist vorgesehen, daß das weitere Aktorbauteil becherförmig ausgeführt ist.

Zudem ist es vorteilhaft, die mindestens eine Distanzscheibe aus einem gehärtetem Material zu fertigen.

Beim Betrieb des Aktors ist es möglich, daß es zu Drehungen der Aktorfeder um die Oszillationsachse kommt, die zu einem Verschleiß an dem weiteren Aktorbauteil führen können. Die Distanzscheibe bildet somit eine Verschleißschutzscheibe des weiteren Aktorbauteils.

Der Aktor ist vorzugsweise zur Betätigung von mindestens einem Gaswechselventil einer Kolbenbrennkraftmaschine vorgesehen.

Die Dicke der mindestens einen Distanzscheibe wird mit folgenden Verfahrens­ schritten festgestellt:
Bei der Montage des Aktors an einem Ventil wird zuerst die mindestens eine Di­ stanzscheibe mit einer standardisierten Dicke zwischen die Aktorfeder und dem Magnetjoch des Schließermagneten oder dem weiteren Aktorbauteil eingebracht.

Die standardisierte Dicke ist beispielsweise die, die von der Konstruktion vorgege­ ben ist, oder eine, die sich im Laufe des Herstellungsprozesse als die am häufigsten Benötigte erwiesen hat.

Anschließend wird die Position der Ankerplatte bestimmt. Dabei kann eine dem Aktor eigene Vorrichtung zur Bestimmung der Position der Ankerplatte genutzt werden oder eine, die dem Montageplatz zugeordnet ist.

Bei einer Abweichung der bestimmten Position der Ankerplatte von der gewünsch­ ten Position der Ankerplatte wird die Distanzscheibe mit der standardisierten Dicke durch eine Distanzscheibe mit der die Abweichung kompensierenden Dicke ersetzt. Wird eine Distanzscheibe mit einer größeren Dicke benötigt, kann gegebenenfalls zur der Distanzscheibe mit der standardisierten Dicke eine weitere Distanzscheibe mit der Dicke der Abweichung hinzugefügt werden.

Dabei ist vorgesehen, daß Distanzscheiben mit unterschiedlichen Dicken von 0.05 Millimeter bereitgestellt werden.

Durch den erfindungsgemäße Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung sowie das Verfahren zur Einstellung der Position der Ankerplatte kann die Position der Ankerplatte zuverlässig und kostengünstig eingestellt werden.

Im folgenden wird der Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung sowie das Verfahren zur Einstellung der Position der Ankerplatte anhand von einem Ausfüh­ rungsbeispiel, bei dem sich die Aktorfeder gegen ein am Magnetjoch des Schlie­ ßermagneten befestigtes, becherförmiges weiters Aktorbauteil abstützt, im Zusam­ menhang mit einer Figur dargestellt und erläutert.

Es zeigt:

Figur ein Schnittbild eines am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine verschraubten Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung.

In der Figur ist ein am Zylinderkopf 11 einer Brennkraftmaschine verschraubter Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung dargestellt, der im wesentlichen aus zwei Elektromagneten, dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet, besteht. Die Elektromagneten bestehen jeweils aus dem Magnetjoch 2.1, 3.1 mit dem Spulen­ fenster und der in das Spulenfenster eingesetzten Erregerspule 2.3, 3.3. Die Elek­ tromagneten werden durch zwei aus einem nicht ferromagnetischen Material gefer­ tigte Distanzstücke 4 voneinander getrennt. Zwischen den Elektromagneten oszil­ liert die Ankerplatte 5.1, an der der Ventilstößel 5.2 befestigt ist, der die auf die Ankerplatte 5.1 einwirkenden Kräfte über eine Durchführung im Magnetjoch 3.1 des Öffnermagneten auf ein am Zylinderkopf 11 der Brennkraftmaschine montiertes Gaswechselventil 6.1 überträgt. Das Gaswechselventil 6.1 wird über einen Ventilfe­ derteller 6.3 durch eine Ventilfeder 6.2 in den Ventilsitz 6.4 gepreßt.

In der Verlängerung des Ventilstößels 5.2 liegt auf der Ankerplatte 5.1 ein Federstö­ ßel 7.1 auf, der in einer Durchführung im Magnetjoch 2.1 des Schließermagneten gelagert ist, und der die auf die Ankerplatte 5.1 einwirkenden Kräfte auf die Aktorfe­ der 7.2 überträgt. Dazu ist an dem der Ankerplatte 5.1 entgegengesetzten Ende des Federstößels 7.1 ein Aktorfederteller 7.3 ausgearbeitet, auf dem die Aktorfeder 7.2 aufliegt, und über den die Aktorfeder 7.2 den Federstößel 7.1 gegen die Ankerplatte 5.1 preßt. Als Aktorfeder 7.2 und als Ventilfeder 6.2 werden vorteilhaft baugleiche Federn verwendet. Auf das Magnetjoch 2.1 des Schließermagneten ist das becher­ förmig ausgebildete weitere Aktorbauteil 8 angeordnet, das als Gegenlager für die Aktorfeder 7.2 dient.

Bei der Montage des Aktors an dem Zylinderkopf 11 der Brennkraftmaschine wird der Aktor beispielsweise mittels Kopfschrauben mit dem Zylinderkopf 11 ver­ schraubt, wobei das becherförmige Aktorbauteil 8 noch nicht mit dem Magnetjoch 2.1 des Schließermagneten verbunden ist.

In das becherförmige Aktorbauteil 8 wird eine Distanzscheibe 9 eingelegt. Die aus einem gehärteten Stahl gefertigte Distanzscheibe 9 erfüllt dabei zugleich die Funk­ ton einer Verschleißschutzscheibe für das becherförmige Aktorbauteil 8, an der durch die um die Oszillationsachse drehbare Aktorfeder 7.2 ein Materialabrieb auftreten könnte. Es wird dabei eine Distanzscheibe 9 mit einer Dicke verwendet, die sich innerhalb der Serienfertigung als die am Häufigsten benötigte Dicke her­ ausgestellt hat.

Anschließend wird das becherförmige Aktorbauteil 8 auf das dem Magnetjoch 2.1 des Schließermagneten aufgesetzt. Mittels einer Spannvorrichtung wird das be­ cherförmige Aktorbauteil 8 gegen das Magnetjoch 2.1 gepreßt und in der Position gehalten, in der es in einem späteren Verfahrensschritt mit dem Magnetjoch 2.1 verbunden wird. Dabei werden die Ventilfeder 6.2 und Aktorfeder 7.2 vorgespannt. Die Position der Ankerplatte 5.1 wird nun durch eine dem Aktor eigenen Meßvor­ richtung zur Bestimmung der Position der Ankerplatte 5.1 ermittelt.

Bei einer Abweichung der gemessenen Position von der durch die Konstruktion vorgegebenen Position der Ankerplatte 5.1 wird die Preßvorrichtung gelöst, und die Distanzscheibe 9 mit der am Häufigsten benötigten Dicke wird dem becherförmige Aktorbauteil 8 entnommen.

Daraufhin wird eine Distanzscheibe 9 in das becherförmige Aktorbauteil 8 einge­ setzt, die die Dicke der am Häufigsten benötigten Distanzscheibe 9 aufweist plus/minus dem doppelten Betrag der Differenz zwischen der gemessenen Position und der vorgegebenen Position der Ankerplatte 5.1 (bei Federn mit gleichen Rück­ stellkräften). Dafür steht ein Sortiment von Distanzscheiben 9 zur Verfügung, die Dicken in einer Stufung von 0.05 Millimetern aufweisen.

Im nächsten Verfahrensschritt wird das becherförmige Aktorbauteil 8 wieder mittels der Preßvorrichtung auf das Magnetjoch 2.1 aufgesetzt und dann mit diesem blei­ bend verbunden. Beispielsweise erfolgt diese Verbindung durch Schweißvorgang, bei dem eine an der Kontaktstelle des becherförmigen Aktorbauteil 8 und des Ma­ gnetjochs 2.1 umlaufende Schweißnaht entsteht. Diese umlaufende Schweißnaht bildet eine öldichte Verbindung zwischen dem becherförmigen Aktorbauteil 8 und dem Magnetjoch 2.1, wodurch an der Kontaktstelle des becherförmigen Aktorbau­ teil 8 und des Magnetjochs 2.1 auf weitere Maßnahmen zur Ölabdichtung verzichtet werden kann.

Durch den beschriebenen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung und das beschriebene Verfahren zur Einstellung der Position der Ankerplatte 5.1 wird bei der Montage eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung am Zylinderkopf 11 einer Brennkraftmaschine wird die Position der Ankerplatte 5.1 zuverlässig einge­ stellt, wobei das becherförmig ausgeführte weitere Aktorbauteil 8 kostengünstig hergestellt und zuverlässig mit dem Magnetjoch 2.1 des Öffnermagneten verbunden werden kann.

Claims (7)

1. Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit jeweils einem ein Magnetjoch (2.1, 3.1) aufweisenden Öffnermagnet und Schließermagnet, zwischen denen ei­ ne Ankerplatte (5.1) mit einem Ventilstößel (5.2) und einem Federstößel (5.2) os­ zilliert, wobei der Federstößel (5.2) eine Aktorfeder (7.2) trägt, die sich gegen das Magnetjoch (2.1) des Schließermagnetes oder gegen ein weiteres, am Magnet­ joch (2.1) des Schließermagnetes befestigtes Aktorbauteil (8) abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Position der Ankerplatte (5.1) minde­ stens eine Distanzscheibe (9) zwischen der Aktorfeder (7.2) und dem Magnetjoch (2.1) des Schließermagnetes oder zwischen der Aktorfeder (7.2) und dem weite­ ren Aktorbauteil (8) angeordnet ist.

2. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Aktorbauteil (8) becherförmig ausgeführt ist.

3. Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Distanzscheibe (9) aus einem gehärtetem Material gefertigt ist.

4. Aktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Di­ stanzscheibe (9) eine Verschleißschutzscheibe des weiteren Aktorbauteils (8) bil­ det.

5. Aktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor zur Betätigung von mindestens einem Gaswechselventil (6.1) einer Kolbenbrenn­ kraftmaschine vorgesehen ist.

6. Verfahren zur Einstellung der Position der Ankerplatte (5.1) des Aktor zur elek­ tromagnetischen Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Montage des Aktors an einem Ventil (6.1) die mindestens eine Distanz­ scheibe (9) mit einer standardisierten Dicke eingebracht wird, daß anschließend die Position der Ankerplatte (5.1) bestimmt wird, und daß bei einer Abweichung der bestimmten Position der Ankerplatte (5.1) von der gewünschten Position der Ankerplatte (5.1) eine Distanzscheibe (9) mit der die Abweichung kompensieren­ den Dicke eingebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Distanzscheiben (9) mit unterschiedlichen Dicken von 0.05 Millimeter bereitgestellt werden.