DE3513106A1

DE3513106A1 - Elektromagnetisch arbeitende stelleinrichtung

Info

Publication number: DE3513106A1
Application number: DE19853513106
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: FLECK ANDREAS; Fleck Andreas 2000 Hamburg
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1986-10-16
Also published as: DE3513106C2; JPS61247006A; CA1272084A; US4715331A; JPH0567044B2

Description

AZ 2025 3

Elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Stelleinrichtung ist aus der DE-OS 30 24 109 bekannt.

Der Stand der Technik beschreibt ein Steuerelement, das zwischen zwei Schaltpositionen durch die abwechselnde Erregung von zwei Schaltmagneten hin- und hergewechselt wird. Um das System zu starten, ist außerdem ein Stellmagnet vorgesehen, der zu dem einen Schaltmagnet benachbart ist und den Fußpunkt eines Federsystems, das das Steuersystem beaufschlagt, verschiebt, um die Gleichgewichtslage des Federsystems einzustellen.

Dabei erweist es sich jedoch, daß der Schaltmagnet, der die Schließstellung des Steuerelementes definiert, ein unkontrolliertes Verhalten zeigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, das unkontrollierte Verhalten des Schaltmagneten zu beseitigen.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Anspruch 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zwischen dem Magnetkern des Schaltmagneten und dem Magnetkern des Stellmagneten ein magnetischer Spalt den Magnetfluß von dem einen Magnetkern in den anderen trennt. Der magnetische Spalt muß nicht notwendigerweise luftgefüllt sein, es können auch dia- oder paramagnetische Materialien eingebracht sein, jedoch sollen sich die Magnetlinien nicht durch

ferromagnetisches Material von dem Magnetkern des Schaltmagneten in den Magnetkern des Stellmagneten fortsetzen.

Dadurch wird erreicht, daß das Magnetfeld, das durch die Spule des Stellmagneten erzeugt wird, nicht in den Schaltmagnet hineinwirkt und dort zu unerwünschten Überlagerungen mit dem Magnetfeld der Spule des Schaltmagneten komm*.. Insbesondere ist es wichtig, daß der Schaltmagnet sehr schnelle Abfallzeiten aufweist, diese schnellen Abfallzeiten jedoch werden nachteilig beeinflußt durch eine Einwirkung des Magnetfeldes vom Stellmagneten in den Spulenkörper des Schaltmagneten.

Bevorzugterweise wird die Verhinderung einer gegenseitige Beeinflussung auch durch unterschiedliches Magnetkernmaterial vorgesehen. Dabei läßt sich das Magnetkernmaterial auf die geforderten Eigenschaften des jeweiligen Magneten einstellen. Während der Stellmagnet ein stationäres Magnetfeld hält, muß der Schaltmagnet ständig ein- und ausgeschaltet werden. Dementsprechend sind dynamische Wirbelstromverluste beim Stellmagneten unkritisch, er kann dementsprechend beispielsweise aus Trafoblech aufgebaut sein.

Der Schaltmagnet jedoch ist für Verwendung von TraFobleche nicht geeignet, da das Magnetfeld sich sehr schnell abbauen muß, wenn die Schaltposition des Steuerelementes umgeschaltet wird. Dementsprechend wird wirbelstromarmes Magnetkernmaterial zu bevorzugen sein, beispielsweise Sintermaterial.

Aus baulichen Gründen jedoch ist es wünschenswert, die beiden verschiedenen Magneten als eine Einheit zu handhaben, um sie leichter verbauen zu können. Eine Möglichkeit, die beiden unterschiedlichen Materialien zusammenzufügen, ist die Elektronenstrahlschweißung. Dabei treten auch nur örtliche Erwärmungen auf, so daß die Materialeigenschaften des Magnetkernmateriales nicht nachteilig beeinflußt werden.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung, und Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt aus dem Motorblock einer Brennkraftmaschine,· mit dem Bezugszeichen 10 ist der Zylinderkopf bezeichnet. In den Zylinderraum 16 führt ein Einlaßkanal 12, der mit einem Einlaßventil 18 wahlweise verschlossen werden kann, aus dem Zylinderraum 16 führt ein Auslaßkanal 14, der wahlweise mit einem Auslaßventil 20 verschlossen werden kann. Die Ventile 18 und 20 werden durch eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung gesteuert, die in einem Gehäuse 22 untergebracht ist. Bevorzugterweise ist die in dem Gehäuse 22 untergebrachte Einheit identisch für Einlaß- und Auslaßventil, so daß die Teilevielfalt reduziert werden kann. Es ist jedoch auch möglich, sowohl Einlaßais auch Auslaßventil auf die besonderen Gegebenheiten auszulegen, in Fig. 1 ist dementsprechend zu erkennen, daß der Ventilteller 20 des Auslaßventiles größer ist als der Ventilteller 18 des Einlaßventiles.

Da der prinzipielle Aufbau zwischen Einlaß- und Auslaßventil keine Unterschiede aufweist, wird im folgenden nur das Auslaßventil besprochen.

Von dem Ventilteller 20 führt ein Schaft 24 aus dem Zylinderkopf 10 heraus, der im Zylinderkopf in einer Hülse 26 gleitet. Das Ende des Ventilschaftes 24 ist mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet, es hat dort eine Auflage, auf die ein später zu beschreibender Stempelkopf 40 auftrifft.

An dem dem Ventilzylinder 20 gegenüberliegenden Ende des Ventilschaftes '24 ist umfangsmäßig ein Ring 30 angeflanscht, der als ·

Widerlager, für ein Federsystem dient, das aus einer großen Schraubenfeder 32 und einer kleinen Schraubenfeder 34 zusammengesetzt ist. Die beiden Schraubenfedern 32 und 34 laufen koaxial zueinander ineinandergefügt, der gegenüberliegende Fußpunkt 36 ist eine Auflage im Zylinderkopf. Der Ventilschaft 24 kann in dem Gleitlager 26 gegen die Kraft des Federsystems 32 und 34 bewegt werden, der Ventilteller 20 hebt sich "dann von seinem Sitz und öffnet den Auslaßkanal 14.

Die axiale Verlängerung zum dem Ventilschaft 24 bildet ein Schaft 38 eines Steuerelementes, das an seinem unteren Ende zur Anlage mit dem Ventilschaft 26 den Stempelkopf 40 besitzt. Im Bereich des Stempelkopfes 40 schließt sich an den Schaft 38 des Steuerelementes eine ringförmige Ankerplatte 46 an, die aus ferromagnetischem Material besteht. An der Ankerplatte liegt gleichzeitig ein Federsystem aus einer großen Schraubenfeder 42 und einer kleinen Schraubenfeder 44 an, die ebenfalls koaxial zueinander und koaxial mit dem Schaft 38 des Steuerelementes verlaufen.

Der Fußpunkt dieses Widersystems 42 und 44 wird durch ein Auflager 48 gebildet, auf das im weiteren Verlauf noch einzugehen ist.

Ein Magnetkern 68, der im Querschnitt U-förmig ist, ist ringförmig angeordnet, die Achse des Ringes fällt zusammen mit der Achse des Ventilschaftes 24. Im Innern des Magnetkernes 68 befindet sich eine Spule 66, der im Querschnitt U-förmige Magnetkern 68 ist in Richtung zur Ankerplatte 46 geöffnet.

Gleichermaßen ist der Schaft 38 des Steuerelementes von einem ähnlich ausgebildeten Magnetkern 64 umgeben, der in seinem Innern eine Spule 62 trägt. Die Ankerplatte 46 bewegt sich, je nach Erregung des Magneten 62 bzw. 66, von einer Anlage an den Magnetkern 64 zu einer Anlage an den Magnetkern 68 und zurück.

Weiterhin ist ein Stellmagnet vorgesehen, der aus einem Magnetkern • 58 und einer Spule 60 besteht. Bei Erregung der Spule 60 wird ein ferromagnetisches Element 56 angezogen, das mit einem Bauteil verbunden ist. Diese durch die Erregung der Spule 60 des Stellmagneten auf das Bauteil 54 wirkenden Bewegung wird über einen Dorn 50, der in einem Verschlußdeckel angeordnet ist, auf den Fußpunkt des Federsystems, der durch das Widerlager gebildet wird, übertragen, wodurch die Erregung der Spule 60 des Stellmagneten der Fußpunkt der Federn 42 und 44 verschoben wird.

Zum Start der Stelleinrichtung wird die Spule 60 erregt, so daß das ferromagnetische Element 56 angezogen wird. Damit tritt ein Magnetfluß durch den Spulenkern 58 auf, dessen einzige Aufgabe es ist, das ferromagnetische Element 56 anzuziehen und damit den Fußpunkt des Federsystems zu verstellen.

Die Schaltmagnete 62 und 66 sind unabhängig von dem Magneten 60, das durch sie induzierte Magnetfeld wirkt auf die Spulenkerne 64 bzw. 68.

Im Hinblick auf hohe Schaltzeiten des Steuerelementes ist es wichtig, daß das Magnetfeld der Spule 62 schnell abfallen kann. Ein durch die Spule 60 und den Magnetkern 58 in den Magnetkern 64 einwirkendes Magnetfeld ist dieser schnellen Abfallzeit abträglich. Es ist deshalb ein Spalt 72 zwischen dem Spulenkern 58 und dem Spulenkern 64 vorgesehen, der eine Abschirmung zwischen den beiden Spulenkernen hervorrufen soll, damit eine gegenseitige magnetische Beeinflussung unterdrückt wird. Der Spalt 62 kann luftgefüllt sein, er kann selbstverständlich auch aus einem nicht ferromagnetischen Material bestehen, wichtig ist, daß die Magnetlinien nicht ohne weiteres von dem Spulenkern 58 in den Spulenkern 64 übergreifen.

Aus Gründen der leichteren Montierbarkeit ist jedoch vorgesehen,

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daß die beiden Spulenkörper 58 und 64 miteinander verbunden sind, beispielsweise über eine Elektronenstrahlschweißstelle 74. Selbstverständliqh sind auch andere Verbindungstechniken, beispielsweise Kleben, möglich.

Die Materialien für den Spulenkörper 58 können unterschiedlich sein von den Materialien für den Spulenkörper 64. Der Magnet 60 hat im wesentlichen stationäre Aufgaben, er muß zu Beginn des Betriebs den Fußpunkt des Federsystems verlegen, er bleibt also während des Gesamtbetriebes der Einrichtung erregt. Damit sind die dynamischen Ein- und Ausschaltvorgänge von untergeordneter Bedeutung, wichtig ist sein hohes Magnetfeld und ein Magnetkern, der hohe Kraftentfaltung des Magneten sicherstellt.

Anders hingegen sind die Anforderungen an das Material für den Magnetkern 64 des Schaltmagneten 62 zu beurteilen. Hier sind die dynamischen Vorgänge enorm wichtig, da sehr kurze Schaltzeiten, insbesondere Ausschaltzeiten, verlangt werden. Dementsprechend dürfen möglichst wenig Wirbelströme auftreten, die die Schaltzeit verlängern, das Material für den Magnetkern ist dementsprechend so zu wählen, daß Wirbelströme unterdrückt werden. Dies kann durch geeignete Formgebung, beispielsweise mit Hilfe von weiteren Spalten, erzielt werden, auch Magnetkerne aus Sintermaterial haben sich als geeignet erwiesen.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform, sie unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 im wesentlichen durch die konstruktive Ausgestaltung des Stellmagneten und seiner Übertragung der Bewegung vom ferromagnetischen Element 56 auf den Fußpunkt 48 des Federsystems 42 und 44. Zur besseren Darstellung ist ein Teil des Systems_s nämlich das zu betätigende Ventil 20 und das diesem Ventil zugeordnete Federsystem, weggelassen. Dadurch ist in der Schnittzeichnung der magnetische Spalt 72 und die Verbindungsstelle 74 zwischen dem Magnetkern 64 und dem Magnetkern 58 besser erkennbar.

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Claims

5. Dezember 1984 . O C 1 O 1 HC \

_{AZ 2025} 3 b IJ106 }

Patentansprüche

j IJ Elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung für oszillierend bewegbare Steuerelemente an Verdrängungsmaschinen, insbesondere Hubventile, mit einem Federsystem und zwei elektrisch arbeitenden Schaltmagneten, über die das Steuerelement in zwei diskrete, gegenüberliegende Schaltpositionen bewegbar ist, und dort von je einem der Schaltmagneten haltbar ist, wobei der Ort der Gleichgewichtslage des Federsystems mit Hilfe eines Stellmagneten von einer Stelle mittig zwischen den Schaltpositionen außermittig verlegbar ist, wobei der Stellmagnet einstükkig mit einem Schaltmagneten ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmagnetkern (64) und Stellmagnetkern (58) durch einen magnetischen Widerstand (72) voneinander getrennt sind.

2. Elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetkernmaterial von Stellmagnetkern (58) und Schaltmagnetkern (64) unterschiedlich ist.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Material des Schaltmagnetkerns (64) aus Sintermaterial besteht.

4. Stelleinrichtung nach einem der'Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Schaltmagnetkerns (64) mit dem des Stellmagnetkerns (58) über Elektronenstrahlschweißung verbunden ist.

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5. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r. c h gekennzeichnet, daß das Material des Stellmagnetkerns (58) aus Sintermaterial besteht.

6. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand aus einem Freiraum zwischen SteHmagnetkern (58) und Schaltmagnetkern (64) und/oder aus einem paramagnetischen Werkstoff gebildet wird.