DE3513106C2 - - Google Patents

Description

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

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

Der Stand der Technik beschreibt ein Stellelement, das zwischen zwei Schaltpositionen durch die abwechselnde Erregung von zwei Schaltmagneten hin- und hergewechselt wird. Um das System zu starten, ist außerdem ein Stell­ magnet vorgesehen, der zu dem einen Schaltmagnet benach­ bart ist und den Fußpunkt eines Federsystems, das das Steuersystem beaufschlagt, verschiebt, um die Gleichge­ wichtslage 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 Ver­ halten des Schaltmagneten zu beseitigen.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Anspruch 1.

Aus der US-PS 29 89 666 ist eine Durchfluß-Ventilanord­ nung bekannt, bei der mit Hilfe der Erregung zweier Ma­ gnete die lichte Weite des Durchflusses variiert wird, um so die Durchflußmenge einzustellen. Dabei wird zwischen den Magneten ein Distanzstück vorgeschlagen, das aus un­ magnetischem Material gefertigt ist, damit die Magnete sich nicht gegenseitig bei ihren Schaltvorgängen beein­ flussen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zwischen dem Magnetkern des Schaltmagneten und dem Magnetkern des Stellmagneten, der im Betrieb permanent erregt ist und kein Schaltver­ halten aufweist, einen magnetischen Spalt vorzusehen, der den Magnetfluß von dem einen Magnetkern in den an­ dern trennt. Der magnetische Spalt muß nicht notwendi­ gerweise luftgefüllt sein, es können auch dia- oder pa­ ramagnetische Materialien eingebracht sein, jedoch sol­ len 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 hinein­ wirkt und dort zu unerwünschten Überlagerungen mit dem Magnetfeld der Spule des Schaltmagneten kommt. 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 Spulen­ körper des Schaltmagneten.

Bevorzugterweise wird die Verhinderung einer gegenseitigen Beein­ flussung auch durch unterschiedliches Magnetkernmaterial vorge­ sehen. 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 dyna­ mische 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. Dement­ sprechend wird wirbelstromarmes Magnetkernmaterial zu bevorzugen sein, beispielsweise Sintermaterial.

Aus baulichen Gründen jedoch ist es wünschenswert, die beiden ver­ schiedenen Magneten als eine Einheit zu handhaben, um sie leichter verbauen zu können. Eine Möglichkeit, die beiden unterschiedli­ chen Materialien zusammenzufügen, ist die Elektronenstrahlschweißung. Dabei treten auch nur örtliche Erwärmungen auf, so daß die Mate­ rialeigenschaften des Magnetkernmateriales nicht nachteilig beein­ flußt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung, und

Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt aus dem Motorblock einer Brennkraft­ maschine, mit dem Bezugszeichen 10 ist der Zylinderkopf bezeich­ net. In den Zylinderraum 16 führt ein Einlaßkanal 12, der mit ei­ nem Einlaßventil 18 wahlweise verschlossen werden kann, aus dem Zylinderraum 16 führt ein Auslaßkanal 14, der wahlweise mit ei­ nem Auslaßventil 20 verschlossen werden kann. Die Ventile 18 und 20 werden durch eine elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung gesteuert, die in einem Gehäuse 22 untergebracht ist. Bevorzug­ terweise ist die in dem Gehäuse 22 untergebrachte Einheit iden­ tisch für Einlaß- und Auslaßventil, so daß die Teilevielfalt re­ duziert werden kann. Es ist jedoch auch möglich, sowohl Einlaß- als 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 Ein­ laßventiles.

Da der prinzipielle Aufbau zwischen Einlaß- und Auslaßventil kei­ ne 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 Ventil­ schaftes 24 ist umfangsmäßig ein Ring 30 angeflanscht, der als Widerlager für ein Federsystem dient, das aus einer großen Schrau­ benfeder 32 und einer kleinen Schraubenfeder 34 zusammengesetzt ist. Die beiden Schraubenfedern 32 und 34 laufen koaxial zueinan­ der ineinandergefügt, der gegenüberliegende Fußpunkt 36 ist eine Auflage im Zylinderkopf. Der Ventilschaft 24 kann in dem Gleit­ lager 26 gegen die Kraft des Federsystems 32 und 34 bewegt wer­ den, der Ventilteller 20 hebt sich dann von seinem Sitz und öff­ net 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 Steuer­ elementes eine ringförmige Ankerplatte 46 an, die aus ferromagne­ tischem Material besteht. An der Ankerplatte liegt gleichzeitig ein Federsystem aus einer großen Schraubenfeder 42 und einer klei­ nen 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 Aufla­ ger 48 gebildet, auf das im weiteren Verlauf noch einzugehen ist.

Ein Magnetkern 68, der im Querschnitt U-förmig ist, ist ringför­ mig angeordnet, die Achse des Ringes fällt zusammen mit der Achse des Ventilschaftes 24. Im Innern des Magnetkerns 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 ähn­ lich ausgebildeten Magnetkern 64 umgeben, der in seinem Innern eine Spule 62 trägt. Die Ankerplatte 46 bewegt sich, je nach Erre­ gung 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 54 verbunden ist. Diese durch die Erregung der Spule 60 des Stellma­ gneten 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, über­ tragen, 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 wich­ tig, daß das Magnetfeld der Spule 62 schnell abfallen kann. Ein durch die Spule 60 und den Magnetkern 58 in den Magnetkern 64 ein­ wirkendes 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 bei­ den Spulenkernen hervorrufen soll, damit eine gegenseitige magne­ tische Beeinflussung unterdrückt wird. Der Spalt 72 kann luftge­ füllt sein, er kann selbstverständlich auch aus einem nicht ferro­ magnetischen 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, daß die beiden Spulenkörper 58 und 64 miteinander verbunden sind, beispielsweise über eine Elektronenstrahlschweißstelle 74. Selbst­ verständlich sind auch andere Verbindungstechniken, beispielswei­ se 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 Be­ triebs den Fußpunkt des Federsystems verlegen, er bleibt also wäh­ rend des Gesamtbetriebes der Einrichtung erregt. Damit sind die dynamischen Ein- und Ausschaltvorgänge von untergeordneter Bedeu­ tung, 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 Spal­ ten, 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 kon­ struktive 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, nämlich das zu betätigende Ventil 20 und das diesem Ventil zugeordnete Federsystem, weggelassen. Dadurch ist in der Schnittzeichnung der magnetische Spalt 72 und die Verbin­ dungsstelle 74 zwischen dem Magnetkern 64 und dem Magnetkern 58 besser erkennbar.

Claims (6)

1. Elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung für oszillierend bewegbare Steuerelemente an Verdrängungsmaschinen, insbesonde­ re Hubventile, mit einem Federsystem und zwei elektrisch ar­ beitenden Schaltmagneten (62, 64 und 66, 68), über die das Steuerelement in zwei diskrete, gegenüberliegende Schaltpositionen bewegbar ist, und dort von je einem der Schaltmagnete haltbar ist, wobei der Ort der Gleichgewichtslage des Federsystems mit Hilfe eines Stellmagneten (58, 60) von einer Stelle mittig zwischen den Schaltposi­ tionen außermittig verlegbar ist, wobei der Stellmagnet einstüc­ kig mit einem der Schaltmagneten (62, 64) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmagnetkern (64) und der einstückig mit diesem ausgebildete Stellmagnetkern (58) durch einen magnetischen Widerstand (72) voneinander getrennt sind.

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

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schaltmagnetkern (64) aus Sintermaterial besteht.

4. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schaltmagnetkern (64) mit dem Stellmagnetkern (58) durch Elektronenstrahlschweißung verbunden ist.

5. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmagnet­ kern (58) aus Sintermaterial besteht.

6. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Widerstand aus einem Freiraum (72) zwischen Stellmagneten (58) und Schalt­ magnetkern (64) und/oder aus einem paramagnetischen Werkstoff gebildet wird.